斜拉桥_拉索初应变
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斜拉桥单根拉索更换施工技术1.1该施工技术按照不同换索施工需要,可采取单边换索或对称同步换索施工,灵活把控施工工期,可有效节省换索实际总成本。
1.2换索施工中所需机械、设备主要为卷扬机、起吊设备及斜拉索穿设安装工具,使用简单方便;人员配置需求少,相应人工机械费用少。
1.3该工法应用于施工中,安全风险明确,可提前制定相应措施,有效减少、规避施工中不安全因素。
2、施工流程及操作要点2.1施工流程换索前准备工作→塔端放张→梁端钢绞线拆除→旧索拆除→HDPE护套、锚具拆除→新索锚具安装→HDPE护套挂设→斜拉索穿设张拉→索力精调。
2.2操作要点2.2.1塔端放张作业人员进入换索区,首先应对工具、吊具设备、油泵和千斤顶(见图2.2.1-1)等进行检查。
操作人员开启油泵,使千斤顶伸出活塞抵在索力放松工具上(见图2.2.1-2),继续供油至千斤顶将该根钢绞线的夹片拉脱离锚杯。
取出夹片(见图2.2.1-3),放松千斤顶,将钢绞线缓慢下放,到千斤顶的活塞外露量只有4—5cm时,停止索力放松,安装夹片后,千斤顶卸压回油,将钢绞线临时锚固,完成单行程钢绞线放张。
多次放张钢绞线至无张拉力后,应安装夹片并打紧,然后设置单孔锚上夹片做保险。
图2.2.1-1 单索顶构造图图2.2.1-2 千斤顶放张图2.2.1-3:取出夹片待钢绞线放张并做好保险后,将钢绞线尾端用切割机在离钢绞线末端约50mm处进行环形切割,只保留中间的一根钢丝,将事先准备好的空心螺栓套在中间的单股钢绞线上,保留的钢丝用镦头机墩头,使空心螺栓卡在单股钢绞线上。
当钢绞线完成梁端拆除后,取下单孔锚,将卷扬机的端部螺栓穿过钢绞线墩头部位与空心螺栓连接,螺栓拧紧,再卷扬机钢丝绳提起钢绞线,取出夹片,沿锚孔下放钢绞线。
放张最后一根钢绞线时,塔外工作人员要重新确认护套管的连接是否牢固可靠,方能开始索力放张。
2.2.2梁端钢绞线拆除梁端钢绞线拆除人员需等塔内人员完成单根钢绞线放张并安装夹片与保险后,梁面退索人员在梁端索导管处通过观察钢绞线的松弛情况,找到已放张的钢绞线。
斜拉桥塔端张拉拉索倾角修正及拉索主要参数实用计算方法斜拉桥是一种采用斜拉索进行支撑的桥梁结构。
在斜拉桥的设计中,张拉拉索的倾角修正及拉索主要参数的实用计算方法是非常重要的一部分。
斜拉桥塔端张拉拉索的倾角修正是为了使拉索在施工阶段和使用阶段都能够保持稳定的力学性能。
倾角修正是指在设计中将斜拉桥塔端拉索的实际倾角与理论倾角进行修正,以确保拉索受力均匀,减少不均匀载荷的影响。
首先,需要确定斜拉桥塔端拉索的理论倾角。
理论倾角是根据桥梁的几何形状和受力计算得到的理论值。
一般来说,理论倾角可以通过力平衡和几何条件进行计算。
然后,需要考虑实际情况对理论倾角进行修正。
在实际施工中,可能会受到各种因素的影响,如温度变化、荷载变化、施工误差等。
这些因素都会对拉索的倾角产生影响,因此需要对理论倾角进行修正。
修正的方法主要有两种:静态修正和动态修正。
静态修正是通过校核拉索张力来修正倾角,而动态修正是通过模拟结构的动态响应来实现倾角修正。
具体的修正方法可以根据具体情况来确定,一般需要考虑各种因素的综合影响。
在确定了倾角修正后,需要计算斜拉桥主要拉索的参数。
拉索的主要参数包括拉索长度、拉索张力以及预应力值等。
首先,拉索长度可以通过斜拉桥的几何尺寸和拉索的布置来计算。
一般来说,拉索长度是通过测量拉索所占空间的实际长度来确定的。
其次,拉索的张力可以通过力学计算来确定。
拉索的张力需要考虑桥梁的静力平衡和受力要求,以及拉索的材料性能等因素。
最后,预应力值是指斜拉桥在设计中对拉索施加的预应力。
预应力可以通过斜拉桥结构的要求和拉索的材料性能来确定。
在实际计算时,可以借助计算软件进行模拟计算。
通过输入相关参数,计算软件可以提供准确的结果,帮助工程师进行设计和优化。
总而言之,斜拉桥塔端张拉拉索的倾角修正及拉索主要参数的实用计算方法是设计斜拉桥的重要内容。
通过合理的修正和计算,可以确保斜拉桥的稳定性能和安全性能,为实际工程的建设提供指导。
浅谈斜拉桥中斜拉索的施工工法因参与修建了几座大型公路桥梁工程,现将工作中遇到的斜拉桥中斜拉索的施工方法总结给大家以作参考。
标签:斜拉桥;斜拉索;施工工法1、拉索体系施工相关要求本桥拟先施工主梁,后挂索张拉,施工工序及索力调整过程相对简单,因此在斜拉索张拉施工时,对拉索的张拉必须严格根据斜拉索的张拉顺序和吨位进行张拉,以保证拱塔的应力变化与设计相符。
斜拉索的制造厂及施工单位应协商编制索体的“制造规则”及“运输、安装和更换”规则,规则须经由业主、设计方、监理等各单位参加的联合评审会评审通过。
2、拉索材料质量要求(1)斜拉索所用的镀锌高强钢丝的力学、物理特性及其化学成分设计规范相关要求。
护套保护层的物理、力学特性需满足设计相关相求。
(2)索长误差所有拉索应满足设计长度的要求,长度误差ΔL应符合下述规定:对于所有拉索:ΔL≤L/5000(L为设计索长)最长索与最短索索长差值≤3mm。
(3)斜拉索施工工艺斜拉索是本桥的重要组成部份,斜拉桥桥跨结构的重量和桥活载,绝大部份斜拉索,传递到塔柱上,所以,斜拉索的制作、安装、张拉、索力调整、斜拉索的监控是本桥的关键工序。
斜拉索施工工艺流程①拉索制备工艺和方法缆索制作工艺主取决于防护方法。
本桥采用高密热挤聚乙烯PE材料作防护。
拉索在厂内制作,并作好防护工作。
②斜拉索制备的要点和注意事项斜拉桥在丈量、制备、切割前,应考虑对安装在索塔与相应梁段的锚具底端的直线长度进行复测计算。
拉索制备前应截取一段钢索(应采用钢蕊钢索)两端浇筑在锚头内制作3个试件进行破断试验。
计算斜拉索的切割长度,还应考虑使用钢丝束,张拉机具所需的锚固长度、锚具长度、斜拉索安装时下垂需要的增加量,采用应力下料时的延长度,应力下料时的温度与设计温度之差引起的拉索伸缩量以及拉索张拉时设计张拉力引起的延伸长度。
下料前對每根主索进行预拉,预拉操作流程如下:第一次预拉100%的设计荷载,卸载松弛7天,第二次预拉110%的设计荷载,卸载松弛60天。
高速铁路斜拉桥斜拉索施工工艺及索力控制方法随着高速铁路建设的不断推进,斜拉桥作为高速铁路的重要组成部分,已经得到了广泛的应用。
而斜拉桥中的斜拉索则是该桥的关键部分之一,直接影响到桥梁的稳定性和安全性。
因此,斜拉索的施工工艺和索力控制方法显得尤为重要。
一、斜拉索施工工艺1. 斜拉索选材斜拉索的材质一般采用高强度钢丝绳,可根据桥梁的设计和要求进行选择。
在选材时,应考虑材料的强度、耐腐蚀性、耐疲劳性等因素,以确保斜拉索的持久性和安全性。
斜拉索的架设需要考虑以下因素:(1)架设位置:在斜拉桥施工中,应根据桥梁设计和要求,确定斜拉索的起始点和终点位置。
(2)支座设置:斜拉索的支座应根据设计要求,在桥梁的主梁上设置好。
(3)张力控制:在斜拉索架设过程中,需要控制斜拉索的初始张力,避免过度引起索力过大或过小的情况。
在斜拉索张拉过程中,需要控制索力的大小和均匀性,以确保桥梁的稳定和安全。
(1)张拉方式:斜拉索的张拉方式一般采用斜拉式或悬挂式,其中悬挂式张拉更为常见。
(2)张拉控制:在斜拉索张拉过程中,需要通过测量仪器等手段,控制张拉的力度和均匀性。
同时,还需要按照设计要求,逐步增加张拉力,并进行密集的检查和监测,以确保斜拉索的安全性。
二、斜拉索索力控制方法在斜拉桥的正常使用过程中,斜拉索的力度可能会发生变化,因此需要采取一些措施以控制索力。
1. 索力监测斜拉索的索力需要进行实时监测,以及时发现和处理问题。
常用的监测方法包括电阻应变法、静力法、动力法等。
2. 索力调整当斜拉索的索力发生变化时,需要采取相应的调整措施。
调整方法一般包括张拉、松弛、加固等。
3. 索力均衡在斜拉桥相邻跨径斜拉索相接处,需要进行索力均衡,以保证桥梁的稳定性和安全性。
索力均衡一般采用多组减张筋或压杆的方法。
综上所述,斜拉索的施工工艺和索力控制方法是高速铁路斜拉桥设计和建设中的关键环节,需要充分考虑桥梁的设计要求和施工实际情况,以确保斜拉桥的高效、安全、稳定运行。
斜拉桥基础施工方案斜拉索张拉与调整技术的研究与应用斜拉桥是一种以斜拉索为主要结构形式的桥梁,在现代桥梁工程中得到了广泛的应用。
斜拉桥的设计与施工对桥梁的安全性和稳定性至关重要。
本文将就斜拉桥基础施工方案、斜拉索张拉与调整技术展开研究与应用。
一、斜拉桥基础施工方案1. 基础施工前的准备工作在斜拉桥基础施工前,需要进行充分的准备工作。
包括地质勘察、环境评估、基础设计等流程。
通过充分的准备工作,可以确保基础施工的顺利进行。
2. 基础深基础施工基础深基础施工是斜拉桥基础施工的重要环节之一。
通过深基础施工可以保证斜拉桥的稳定性和承载能力。
常见的基础深基础施工包括桩基础、箱型基础等。
3. 基础表面处理基础表面处理是为了保证斜拉桥基础的平整度和强度。
常见的斜拉桥基础表面处理包括清理、除锈、喷涂等工艺。
通过基础表面处理,可以保证斜拉桥基础的结构安全和外观美观。
二、斜拉索张拉与调整技术的研究与应用1. 斜拉索张拉技术斜拉索张拉是斜拉桥施工中的关键环节之一。
斜拉索张拉技术的研究与应用对桥梁的承载能力和稳定性有着重要的影响。
在斜拉索张拉技术中,需要注意施工设备的选择、张拉过程的控制、拉力的监测等问题。
2. 斜拉索调整技术斜拉索调整是为了保证斜拉桥斜拉索的合理张力和线形。
斜拉索调整技术的研究与应用对斜拉桥的使用寿命和安全性具有关键性的影响。
常见的斜拉索调整技术包括张拉调整、扭转调整等。
3. 斜拉索应力监测技术斜拉索应力监测技术是为了实时监测斜拉索的应力状况,从而保证桥梁的安全性和稳定性。
通过斜拉索应力监测技术,可以及时发现斜拉索的变形和损伤,并采取相应的措施进行修复和调整。
结论通过对斜拉桥基础施工方案和斜拉索张拉与调整技术的研究与应用,可以保证斜拉桥的安全性和稳定性。
同时,斜拉桥的基础施工和斜拉索技术的不断创新将推动桥梁工程的发展和进步。
在今后的工程实践中,我们需要持续关注斜拉桥基础施工和斜拉索技术的研究,并不断完善和改进相关技术,以满足桥梁工程的需求。
斜拉索管桥应变影响因素的试验分析汝继星;何仁洋;兰惠清;崔钺;黄辉【摘要】应力应变状态是管道在风险状态下受力的综合表现,关系到管道的力学安全.为确保管道安全运营,开展管道应力应变的研究.进行了斜拉索管桥的应变试验,详细研究了管道内流体流量、外加集中载荷和拉索断裂三种因素对斜拉索管桥的应变影响.实验结果表明:全流量和半流量状态下管道应变曲线很相似,四分之一流量和四分之三流量状态下管道应变曲线很相似.管道的应变随着集中载荷的增大而增大,在一定载荷内,管道的应变曲线成正弦波形且周期无明显变化.管桥的最大应交处位于距离作用点最近的拉索锚固点.在隔组破坏四组拉索后,斜拉索管桥并未发生严重变形,但是继续破坏拉索后,管道各个测点应变显著增大,斜拉索管桥发生严重变形.%Stress-strain state is a comprehensive performance of pipelines undertaken forces in the risk state, which is related to the mechanical safety of pipelines. In order to ensure safety operation of pipelines, stress-strain of pipelines should be carried out. Therefore, an experiment on strain of cable-stayed pipeline was carried out. The effects of three factors ( flow of the fluid in the pipeline, concentrated load and cable fracture) on the strain of the cable-stayed pipeline were analyzed in the detail. The results show that the strain curves of the pipeline under the full-flow and semi-flow state are very similar, and the strain curves under the quarter flow and three-quarters flow also are similar. The strain of the pipeline increases with an increase of concentrated load. In a constant load, the strain curve of the pipeline is a cycle of sine wave with no significant changes in the cycle. The maximum strain locates on the nearest fixedpoint of cables. After four groups of cables are damaged, the cable-stayed pipeline has no serious deformation, but with more cables destroyes the strain of each measuring point is significantly increased and the cable-stayed pipeline deformes seriously.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)024【总页数】5页(P5777-5781)【关键词】斜拉索管桥;流量;载荷;破坏;应变【作者】汝继星;何仁洋;兰惠清;崔钺;黄辉【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;中国特种设备检测研究院,北京100013;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;中国特种设备检测研究院,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TE832.2输油管道的穿越河流部分是建设长距离输油管道不可避免的一项关键工程,由于我国地形地貌复杂多变,越来越多的输油管道建设必须穿越大、中型河流。
斜拉桥索力优化实用方法摘要:合理确定成桥索力是斜拉桥设计中一项十分重要的工作。
而目前设计实践中别此存在不同认识对现有斜拉桥索力优化理论进行评述,认为索力优化的影响矩阵法在理论上最为完善为便于在设计实践中推广,基于索力优化的影响矩阵法原理,提出一种斜拉桥戚桥索力优化的实用方法,并从理论上加以证明,实践上得到检验实用方法可以方便地进行斜拉桥成桥索力优化,并能实现多种优化方案比选,尤其适用于初步设计阶段。
关键词:斜拉桥;索力优化;影响矩阵法引言:斜拉桥的结构体系一旦确定,其成桥受力状态主要由斜拉索的索力决定,可通过调整索力来改善结构的受力状态,这样采用优化计算方法,总能找到一组索力,在确定性荷载作用下,使反映某种受力性能的结构体系指标达到最优,对应的成桥状态就是对应目标下的合理成桥状态。
通过斜拉桥索力优化来获得成桥阶段合理内力和线形是斜拉桥结构分析计算的重要一步。
一、索力优化理论及评述国内外许多学者对斜拉桥索力优化问题进行了较多研究,归结起来可分为4大类:1、指定受力或位移状态的索力优化。
如刚性支承连续梁法和零位移法当主梁具有纵坡时,刚性支承连续梁法的计算结果不能使主梁弯矩真正达到刚性支承连续梁的相应值。
由于在主塔附近的一段距离内一般不布置斜拉索,按刚性支撑连续梁法确定索力使得靠近主塔的第一对索力很大,而第二对索力很小,甚至出现负值对于在满堂支架上一次现浇并张拉斜拉索的斜拉桥,零位移法与刚性支承连续梁法几乎一致,也会遇到相似的问题对于悬拼或悬浇结构,零位移法是没有意义的因为施工时粱的位移包括了刚体位移和粱体变形2个部分,前者可咀通过拼装方式进行调整,只有后者才与结构受力直接联系。
2、无约束的索力优化,如弯矩平方和最小法和弯曲能量最小法与弯矩平方和最小法相比,弯曲能量最小法可以反映抗弯刚度对弯矩的权效应。
3、有约束的索力优化,如用索量最小法用索量最小法将斜拉桥索的用量(张拉力×索长)作为目标函数,用关心截面内力、位移期望值范围作为约束条件使用这种方法,必须合理确定约束方程,否则容易引出索力明显不合理的结果目标函数仅考虑用索量不尽台理。
斜拉桥拉索设计说明拟建的高速公路斜拉桥,桥梁起止里程为:左幅 ZK163+182.798~ZK164+511.798,右幅K163+203~K164+532,桥梁中心桩号为左幅 ZK163+847.298,右幅 K163+867.5,设计桥孔和跨径(孔×m)左幅为6×40+83.5+173.5+575+173.5+83.5,桥长788m,右幅为6×40+83.5+173.5+575+173.5+83.5,桥长788m。
最大桥高308.8m。
上部结构左右幅均拟采用混合组合梁,左右幅桥墩下部结构均拟采用索塔、薄壁墩。
墩台均采用桩基础。
1、设计要点1.1 总体主桥为双塔双索面组合梁斜拉桥,桥跨布置为(83.5+173.5)m+575m+(173.5+83.5)m;钢主梁采用双边工字梁断面;索塔采用收腿的倒 A 型造型,整体式承台,群桩基础;辅助墩、过渡墩均采用群桩基础。
全桥采用半漂浮结构体系,在索塔下横梁处和各辅助墩、过渡墩处设置球形钢支座;在索塔处设置横向支座;索塔下横梁处与主梁之间设纵向粘滞阻尼装置。
过渡墩设纵向活动、横向限位支座,辅助墩设双向活动支座。
1.2 斜拉索规格全桥共4×23 对拉索,梁端标准索距为 12.0m,边跨尾索区索距 8.1m,梁端为拉索固定端,采用锚拉板锚固形式,塔端为拉索张拉端,采用钢锚梁锚固形式。
根据索力的不同,共分为 15-37、15-55、15-61、15-73 和 15-85 五种类型,全桥共 184 根斜拉索。
斜拉索最长311.7m,单根重约35.04t(下料长度,NZ23、SZ23号索,型号为 15-85,未含锚具和护套)。
1.3 斜拉索技术要求斜拉索应按《斜拉桥钢绞线拉索技术条件》(GB/T 30826—2014)的要求进行外观、长度、超张拉、弹性模量、静、动载、疲劳性能等检测。
斜拉索要求使用寿命不小于 50 年,并具有可换性。
斜拉桥拉索更换施⼯注意事项 在国内,斜拉桥以其跨越能⼒和独特的美观效果在近⼆⼗年内得到长⾜的发展和⼴泛的应⽤,下⾯是店铺为⼤家收集整理的斜拉桥拉索更换施⼯注意事项,欢迎阅读。
1 换索前的施⼯准备 1.1施⼯现场准备 (1)搭设脚⼿架 旧拉索的拆除,新拉索的安装、张拉施⼯均需要操作平台。
为便于⼈员上下和运送材料,在每个塔柱四周布设钢管脚⼿架,⽀架材料采⽤Φ48㎜×3.5㎜的脚⼿架钢管,全部⽀撑在承台基础上,在⽀架内设置“之”字型爬梯。
为保证钢管脚⼿架的稳定,每隔5 m设⼀道夹持塔柱的⽔平横联。
(2)清理⼯作 此项⼯作主要针对上锚杯、下锚箱、上下锚管的清理。
⾸先,打开原上锚杯钢护筒,清除黄油、旧钢丝及锈迹。
然后,对下锚箱外封钢板⽓割清除,利⽤空压机配以风镐凿除下锚箱内的残存混凝⼟。
最后,在上下锚箱清理⼯作完成后,即着⼿对上、下锚管的清理。
先拆除橡胶减振器,凿除混凝⼟索座,割除多余锚管,利⽤电钻、风钻及钢钎将锚管内清理⼲净,然后在底锚管和索管之间进⾏防护,在接点处采取注塑防护,严防⽔侵⼊。
如果不进⾏清理⼯作,拉索上锚具卸不下来。
因此,此项⼯作需换索前完成。
(3)核对拉索参数 当塔和梁上的.⽀架完成以后,打开拉索锚箱,对拉索锚端的外露尺⼨进⾏测量,以便计算、复核拉索制作长度。
1.2施⼯机械准备 拉索更换⼯作需要的主要施⼯机械有卸索、挂索的连接器,张拉螺杆引出杆、张拉千⽄顶及油泵、卷扬机、油表、反⼒架,垫板等。
监测设备主要有索⼒仪和精密⽔准仪。
1.3施⼯监控准备 在换索⼯程中需要进⾏全⽅位监控,主要针对索⼒和标⾼的监控。
在卸索和张拉新索的施⼯程序中,运⽤索⼒仪和精密⽔准仪等仪器对所换索及相邻各索进⾏索⼒监测、对对应位置处的桥⾯标⾼位移进⾏监测,此外,还可以进⾏梁底或塔根部的混凝⼟应⼒监测。
2 换索施⼯⼯艺 2.1卸除旧索 2.1.1过程 在桥⾯安装收(放)索辊道并设置索盘,并清除梁上锚头钢护筒内混凝⼟,同时在索塔根部安装卷扬机,塔顶安装定滑轮组,在梁上待换索位安装悬臂挂篮。
建筑索结构刚性索结构拉索初应变、拉索单元的无应力长度计算方法、拉索锚具常用类型(一)建筑索结构是指利用拉索系统进行支撑或悬挂的建筑形式,在现代建筑中得到了广泛应用。
索结构的强度和稳定性与拉索的初应变及拉索的无应力长度有很大关系。
本文将介绍建筑索结构刚性索结构拉索初应变、拉索单元的无应力长度计算方法和拉索锚具常用类型。
一、刚性索结构拉索初应变的计算方法建筑索结构的拉索初应变是指拉索负荷倍数的变化引起的拉索长度的变化,一般按照单位负荷变化的拉索长度来表示。
拉索初应变的计算方法是按照以下公式进行计算:δ=σ/E其中,δ为拉索初应变,σ为拉索受力,E为拉索的弹性模数。
在设计建筑索结构时,需要对不同材料的拉索采用不同的弹性模数。
二、拉索单元的无应力长度计算方法拉索单元是指构成索结构的拉索单元,由多个小单元构成。
拉索的无应力长度是指从拉索固定点开始计算到负荷点的距离。
拉索的无应力长度与材料强度以及小单元的长度等有关。
一般采用以下公式进行计算:L0=L-δL其中,L0为拉索的无应力长度,L为拉索的总长度,δL为拉索的初应变长度。
三、拉索锚具常用类型拉索锚具是用来固定拉索的设备,常用的类型有端锚、中间锚、双向锚三种。
1. 端锚端锚是指拉索的开端固定设备,一般采用螺栓固定在支撑结构上。
2. 中间锚中间锚是指拉索在中间固定的设备。
中间锚多采用锁紧夹具,以确保拉索固定在支撑结构上。
3. 双向锚双向锚是指两个拉索交叉时用来固定的设备。
双向锚的主要作用是确保两个拉索之间的交叉点固定在支撑结构上。
综上所述,建筑索结构的强度和稳定性与拉索的初应变及拉索的无应力长度有很大关系,而拉索锚具则是用来固定拉索的重要设备,不同的类型应用于不同的拉索结构。
河南科技大学课程设计说明书课程名称力学软件应用题目考虑初始预应变的无背索斜拉桥自重状态下的变形及应力分析院系土木工程班级工力111学生姓名指导教师日期2017年09月18日目录第一章选题背景 (1)1.1无背索斜拉桥介绍及意义 (1)1.2 课程设计内容和要求 (1)1.3 建模目的及意义 (4)第二章建模与求解 (5)2.1 建模步骤 (5)2.2 划分网格 (10)2.3 设置约束 (10)2.4 加载并求解 (11)第三章结果分析 (13)3.1自重下该桥梁变形 (13)3.2 自重下该桥梁应变 (14)第四章结论与总结 (15)第一章选题背景1.1无背索斜拉桥介绍及意义斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。
其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料。
斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。
中国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座,其中有52座跨径大于200米。
20世纪80年代末,我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础上,1991年建成了上海南浦大桥(主跨为423米的结合梁斜拉桥),开创了中国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。
我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。
1.2 课程设计内容和要求设计内容:利用ANSYS有限元分析软件对给定无背索斜拉桥进行应力和变形分析。
技术条件:无背索斜拉桥尺寸及计算参数见附件。
要求:建立有限元模型,简述建模过程主要方法,列出关键数据列表;计算在给定的约束条件下各数据点对应的位移和应力图,并对计算结果做出分析说明。
问题介绍如下:无背索斜拉桥的尺寸及计算参数如图所示无背索斜拉桥梁模型,利用这一模型完成指定结构分析。
图1 斜拉桥梁模型图2 正视图图3 侧视图图4 桥面梁分布某无背索斜拉桥,斜塔与桥面成60度角,桥面两侧各有8根拉索,拉索连接桥面纵向主梁和斜塔,如图2所示,从左至右第一根拉索连接点分别为距离左侧桥墩12m处,斜塔(十等分)从上至下第一个等分点,依次类推,拉索在桥面间隔6m,在斜塔间隔十等分长度。
桥墩底部固支。
各结构部件尺寸及材料参数如下表所示:结构部件 B (m) H (m) E (Mpa) ρ(kg/m3) ν拉索0.1 0.1 2.05×1057800 0.3桥墩 4.5 4.5 3.55×1042680 0.25斜塔 5 3.6 3.51×1042670 0.25斜塔梁 3 1.5 3.63×1042710 0.25桥面横梁 2.6 1 3.51×1042670 0.25纵向主梁 4 6 3.95×1042800 0.25图5 梁截面示意图试分析考虑初始预应变时,自重影响下这一结构的变形和应力情况。
1.3 建模目的及意义a).巩固和加深对应用软件基础课程基本知识的理解和掌握;b).从计算机软件、工程应用几个方面进一步理解有限元方法的实质;c).掌握有限元分析的工具,并具备初步处理工程问题的能力;d).提供一个自主建模分析的优良环境,以培养综合素质和创新能力。
第二章建模与求解2.1 建模步骤1.设置分析作业名和标题FINISH !结束前面的命令/clear,nostart !nostart新的ansys不重新读入/FILNAME,xielaqiao !给文件命名/units,si !设置为国际单位制/VIEW,0,-1,1,1 !设定视角/prep7 !进入前处理2.定义单元类型ET,1,BEAM4 !主塔、横梁、主梁采用beam4单元ET,2,LINK10 !拉索采用link10单元KEYOPT,2,3,0 !拉索只受拉,且松弛的索沿纵、垂向都具有一定的刚度3.定义实常数(设置单元厚度)R,1,20.25,34.17,34.17,4.5,4.5,$RMORE,,57.69,,,, !桥墩R,2,18.00,37.50,19.44,3.6,5,$RMORE,,43.53,,,, !斜塔R,3,4.50,3.38,0.84,1.5,3,$RMORE,,2.32,,,, !斜塔梁R,4,2.60,1.46,0.22,1,2.6,$RMORE,,0.66,,,, !主梁横梁R,5,24.00,32.00,72.00,6,4,$RMORE,,75.20,,,, !主梁纵梁拉索初面积与应变表2-1斜拉索拉力(KN)拉索面积(m2)弹性模量(MPa)拉索初应变700 0.01 2.05E+5 0.000341463650 0.01 2.05E+5 0.000317073600 0.01 2.05E+5 0.000292683550 0.01 2.05E+5 0.000268293500 0.01 2.05E+5 0.000243902450 0.01 2.05E+5 0.000219512400 0.01 2.05E+5 0.000195122350 0.01 2.05E+5 0.000170732由于没有拉索索力的确切数值,因此参考类似跨径斜拉桥虚拟一组拉索索力,从而计算出不同拉索的初应变,并施加到桥梁上。
R,101,0.01,0.000341463 !拉索面积和初应变R,102,0.01,0.000317073R,103,0.01,0.000292683R,104,0.01,0.000268293R,105,0.01,0.000243902R,106,0.01,0.000219512R,107,0.01,0.000195122R,108,0.01,0.0001707324.定义材料力学参数UIMP,1,EX,DENS,PRXY,2.05E+11 ,7800,0.3 !拉索UIMP,2,EX,DENS,PRXY,3.55E+10 ,2680,0.25 !桥墩UIMP,3,EX,DENS,PRXY,3.51E+10 ,2670,0.25 !斜塔UIMP,4,EX,DENS,PRXY,3.63E+10 ,2710,0.25 !斜塔梁UIMP,5,EX,DENS,PRXY,3.51E+10,2670,0.25 !桥面横梁UIMP,6,EX,DENS,PRXY,3.95E+10 ,2800,0.25 !纵向主梁5.创建几何模型和单元模型(1)创建关键点K,1,0,0,0 !主梁纵梁K,17,96,0,0kfill,1,17 !在关键点之间插入新的点K,18,100,0,0K,19,104,0,0K,20,110,0,0K,21,116,0,0K,22,122,0,0K,23,130,0,0K,24,105,8.6600,0 !斜塔梁K,25,108,13.856,0K,32,129,50.228,0kfill,25,32 !在关键点之间插入新的点K,33,132,55.424,0K,34,30,-26,0 !桥墩底部关键点K,35,100,-26,0kgen,2,1,35,1,,,30 !关键点复制,1到35号关键点复制2次,沿Z方向移动30(2)创建几何模型*DO,I,1,22 !纵向主梁L,I,I+1*ENDDO*DO,I,36,57L,I,I+1*ENDDO*DO,I,1,23 !桥面横梁L,I,I+35*ENDDOL,34,6 !桥墩L,35,18L,69,41L,70,53L,18,24 !斜塔*DO,I,24,32L,I,I+1*ENDDOL,53,59*DO,I,59,67L,I,I+1*ENDDOL,32,67 !斜塔梁*DO,I,8,15 !拉索L,I,-I+40*ENDDO*DO,I,43,50L,I,-I+110*ENDDO图2-1几何模型(3)赋予几何模型单元特性、材料属性和实常数*DO,I,1,44,1 !主梁纵梁 LSEL,S,,,ILATT,6,5,1lesize,all,,,2*ENDDOlsel,all*DO,I,45,67,1 !主梁横梁 LSEL,S,,,ILATT,5,4,1lesize,all,,,10*ENDDOlsel,all*DO,I,68,71,1 !桥墩LSEL,S,,,ILATT,2,1,1lesize,all,,,5*ENDDOlsel,all*DO,I,72,91,1 !斜塔LSEL,S,,,ILATT,3,2,1lesize,all,,,2*ENDDOlsel,allLSEL,S,,,92 !斜塔梁 LATT,4,3,1lesize,all,,,10lsel,all*DO,I,93,100,1 !拉索LSEL,S,,,ILATT,1,i+8,2*ENDDO*DO,I,101,108,2LSEL,S,,,ILATT,1,i,1*ENDDOALLSELNUMMRG,KP !合并节点2.2 划分网格ALLSELLESIZE,ALL,,,1 !指定线网格尺寸LMESH,ALL !对线划分网格2.3 设置约束(1)桥墩底部固结D,298,ALL,ALLD,303,ALL,ALLD,308,ALL,ALLD,313,ALL,ALL(2)对主梁施加约束*DO,I,91,99,1D,i,UXD,i,UY*ENDDOD,1,UXD,1,UYD,46,UXD,46,UY对斜拉桥主梁一侧竖向和纵向进行约束。
*DO,I,289,297,1D,i,UY*ENDDOD,44,UYD,89,UYALLSELACEL,,9.81 !自重SAVE !保存对斜拉桥主梁另一侧纵向进行约束。
模型边界条件如图2-3所示:图2-2单元模型边界条件2.4 加载并求解ANSYS软件提供了结构静态分析的方法:在已有模型的基础上设定静力分析的控制选项,从而得到模型的静力分析结果。
/soluantype,0NSUBST,10,20,10 !指定荷载步中所需要的子步数 PSTRES,1 !考虑预应力效应NLGEOM,off !忽略大变形效应NROPT,AUTO,, !指定NEWTON-RAPHSON选项EQSLV,Front,1e-004,0, !指定方程求解器,此处为直接波前法求解器P214KBC,0 !指定荷载为递增solvesavefinish第三章结果分析3.1自重下该桥梁变形该斜拉桥在考虑自重及初应变的情况下的变形情况如图3-1所示:图3-1自重作用下变形图图3-1自重作用下变形云图3.2 自重下该桥梁应变该斜拉桥在考虑自重及初应变的情况下的应力情况如图3-1所示:图3-1自重作用下应力云图第四章结论与总结本次课程设计对考虑初始预应变的无背索斜拉桥自重状态下的变形及应力进行了研究,利用ANSYS软件建立了考虑初始预应变的无背索斜拉桥有限元模型,得到在自重和初始预应变作用下无背索斜拉桥变形及应力。