具有滑移式散索鞍的悬索桥主缆架设分析

为分析悬索桥的主缆架设,首先建立了滑移式索鞍纵向复合圆曲线的数学描述方法,进而利用弹性悬链线的精确解,建立了两索鞍间索跨的分析方法,并用于确定由成桥几何控制参数确定的悬索桥成桥状态,随后通过移动鞍座寻找平衡位置,可得到空载时索鞍预偏量、各跨垂度、索股张力和索夹位置等重要参数。这种解析迭代法可以考虑散索鞍重量的影响,以及主梁的架设对索鞍支承面的弹性压缩。算例表明本文所建立的方法是正确的。工程算例还表明具有不同纵向曲线的索鞍对悬索桥结构的整体静力分析结果影响甚微,且忽略散索鞍的重量将使架设时锚跨侧索股的张拉力偏大。     

悬索桥线形分析的悬链线单元法

从悬链线方程出发,以节点坐标和无应力索长作为未知量,推导了增量型索单元的刚度方程,提出了悬索桥在恒载作用下初始线形和无应力索长的计算公式及基于Newton-Raphson的求解方法.算例分析表明本文方法具有较高的精度.     

悬链线索单元算法的改进

H．B．Jayaraman在20世纪80年代推导的悬链线索元有限元法计算精度高,特别适用于精度要求比较高的大型索结构。但是,当索原长Lu的取值与悬索两节点之间的直线长度相近时,迭代不易收敛,甚至发散。提出了当该迭代不收敛时,应采用的迭代策略。计算结果表明,该方法准确,计算精度高,可供悬索结构设计、施工时参考。     

架设阶段悬索桥静力问题的随机有限元分析

架设阶段的悬索桥不仅具有显著的几何非线性行为,而且存在材料特性的变异。本文建立了以增量形式表达的非线性摄动法随机有限元列式,并编制了悬索桥静力分析程序ＳＮＡＰ。针对一座国内在建的悬索桥,计算了该桥在某一施工阶段考虑缆索弹性模量随机性时主梁跨中点位移的变化。结果表明,材料随机性的影响十分明显。     

一种考虑初始垂度影响的非线性索单元

本文首先运用Mathematic的符号运算功能,通过解偏微分方程给出了不等高单索的显式解析解,然后把该解析解应用于索微元的应变计算中,在此基础上运用虚功原理推导了考虑初始垂度影响的两节点非线性索单元,并给出了索单元的单刚矩阵的具体形式,通过与两节点直线索单元的单刚矩阵的形式的比较,明确了该曲线非线性索单元的修正项,并给出了垂度影响因子的变化曲线.比较直观的给出了垂度对索单元刚度各项的影响程度.该非线性索单元既有多节点索单元精度高的特点,又有节点少,刚度元素较易求解以及有限元列式简洁等特点.本文通过两个数值算例表明,本文的非线性索单元是正确的,也表明了所编制的非线性计算程序是正确和可靠的.     

索牵引并联机器人静态平衡位置的正解研究

研究了一种大跨度但运动缓慢的索牵引并联机器人的位置正解问题,此时可认为系统处于静平衡状态,但必须考虑柔索垂度的影响。索牵引并联机器人的静态平衡位置的正解就是确定机器人末端执行器的位置和姿态,使得系统能在给定的柔索长度下处于静平衡状态。这涉及到系统的非线性力学分析而不仅仅是一个几何问题。本文采用悬链线方程描述柔索的力学特性,结合索端位移与机器人末端执行器位移之间的关系推导出机器人的末端执行器位移与索长变化之间的增量关系,据此提出一种迭代策略完成正解计算。数值算例验证了本文方法的有效性。     

一种空间缆索结构静力分析的解析元法

将空间缆索结构简化为具有拉伸刚度的质点系,给出了缆索结构空间解析元法的基本方程和求解方法,单元间的作用力与坐标变化的关系可以用解析法得到,对所得到的反映结构特性的质点系方程组进行力的平衡迭代,求解方程组.采用自动的动态可变步长的迭代方法,能够提高计算效率,保证收敛.这种方法既考虑了几何非线性,又适用于材料非线性的计算,比有限元法优越之处还在于,它不用求解线性方程组,所以适用范围广,允许求解多自由度的几何可变体系,而有限元法在求解此类问题时经常不收敛.     

弹性悬链线方程参数变换法及其工程应用

建立了弹性锚泊线模型,该模型根据微段垂向力学平衡关系,通过引进一个变换参数$u$(${rm sinh} u=d y/d x$),得到了弹性悬链线的参数方程. 结合工程实际,将该模型用于海洋工程中的锚泊线,给出锚泊线拉力公式,与求解算法. 该算法简单有效,易于编程实现.     

柔索构形与张力的测试装置和试验研究

现代工程中,柔索结构的应用日益广泛,简单的理论分析难以满足复杂工程的需要,柔索静动态空间构形与张力测试技术对柔索理论研究和工程应用具有重要的意义,而目前尚没有一套完备的测试装置和技术标准。针对上述情况,本文设计并制造了柔索空间构形与张力测试装置,并通过不锈钢圆环链条的静态空间构形和张力测试试验,与悬链线理论的计算结果进行对比,验证测试装置的可靠性与稳定性。试验结果表明:所建立的装置可以满足柔索的空间构形与张力测试的需要,结果准确,精度较好。证明该装置可以为柔索找形、空间构形、张力、运动轨迹和极限状态等柔索力学特性研究提供试验支持。     

考虑结构整体的组合梁极限抗火性能分析

随着对钢结构整体抗火能力的深入理解,人们意识到单个构件的抗火能力与处于结构整体中的构件抗火能力具有很大不同。实际结构是一个高次超静定体系,在火灾下能够进行承载路径的改变和承载方式的调整,从而具有比单个构件更高的抗火能力,同时,处于结构整体中的构件在火灾下的温度膨胀应力对其抗火能力的影响是不可忽视的因素之一。文章推导了组合梁的轴力——弯矩相关曲线,绐出了考虑结构整体性的平板式组合梁结构抗火极限分析方法,并与有限元分析结果进行了对比,为考虑结构整体性的平板式组合梁抗火设计提供了依据。     

悬索桥空间缆索实用找形方法

针对现存分段悬链线法和有限元法在悬索桥空间缆索找形方面存在对初值敏感和容易发散等问题,本文提出了一种实用方法.基于空间缆索纯索体系的有限元模型,以缆索节点坐标和单元内力为未知参数,通过小弹性模量法确定迭代初值,采用内循环参数更新外循环坐标修正的嵌套循环迭代计算空间缆索线形.三个算例分析结果表明,本文方法计算精度与分段悬链线法一致,且具有迭代次数更少、收敛性更好和计算效率更高的优点,适用于纵桥向斜吊杆空间缆索的线形计算.     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

大跨度斜拉桥动力特性分析

本文提出一种计算大距度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架,桥塔、拉索的刚度矩阵与质量矩阵,采用子空间迭代法求解特征方程,所得结果可供设计参考。     

悬索桥主缆过三定点的精确线形数值解析计算方法

系统阐述了悬索桥分段悬链线理论及其基本方程,对变化刚度迭代法计算主缆线形进行了深入分析,发现了其不收敛的情况。对此,提出主缆过三定点的精确线形E-M解析计算方法,通过主缆平衡方程分别推导出末点和中间点标高与主缆左端水平和竖向分力H和V的解析关系式,得出综合考虑末点和中间点标高误差影响的H和V的修正迭代式。算例验证与有限元方法吻合较好,在吊索索力极不均匀的情况下,E-M计算方法仍能有效满足主缆线形过三定点的要求,收敛速度快精度高。     

大跨悬索桥抖振内力响应分析

基于虚拟激励法和有限元法,在频域建立了一种新的桥梁抖振内力响应分析的随机振动方法。该方法与传统随机振动方法相比具有如下两个特点:(1)单元抖振内力响应同时考虑了保留模态多模态耦合产生的动力效应和保留模态外高频模态产生的拟静力效应;(2)单元抖振内力响应同时考虑了单元杆端位移产生的单元杆端力和单元上分布荷载产生的单元固端力。以香港青马悬索桥为例,分析了保留模态多模态耦合产生的动力效应、高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力及主缆上的抖振荷载等因素对主梁抖振内力响应的贡献。结果表明:保留模态多模态耦合产生的动力效应对主梁抖振内力响应占据主导地位,高频模态拟静力效应、单元上分布荷载产生的单元固端力等因素对主梁抖振内力响应均有一定的影响,主缆上的抖振荷载对主梁侧向抖振内力响应有较大贡献。