自锚式悬索桥极限承载力及安全性评价方法研究
自锚式悬索桥架设参数迭代算法研究
自锚式悬索桥架设参数迭代算法研究摘要：随着时代发展，自锚式悬索桥架设在交通运输建设方面的作用也越来越明显，受到社会的普遍关注。
因此，怎样更有效地确定自锚式悬索桥架设的参数，以满足其稳定可靠的要求，就变得尤为重要。
本文根据蒙特卡罗抽样算法，通过迭代法参数优选，探究更有效的设计参数，减少结构的体重。
关键词：自锚式悬索桥架设、蒙特卡罗抽样算法、参数优选、迭代法1、言1.1锚式悬索桥架设简介自锚式悬索桥架设是指一种用自锚式悬索桥架架设的钢结构，它是将桥架设结构分为上下两部分，连接件用索线或复合索线串联成一组，将上下两部分固定在一起的技术。
由于它搭建起来比较快捷、轻便，因此在交通运输建设领域备受青睐。
1.2锚式悬索桥架设的参数设计自锚式悬索桥架设的终极目标是确保其结构稳定可靠，以满足建桥的要求。
为此，需要在设计参数处加以关注，这些参数包括但不限于：桥架设结构的厚度、宽度、长度、半径及索线直径等，以及桥架设上部件的总体尺寸和重量。
2、代算法2.1特卡罗抽样算法为了确定自锚式悬索桥架设的安全性和稳定性，可以采用蒙特卡罗抽样算法（Monte Carlo Sampling Algorithm，MCS）。
在该算法中，通过以随机方法采样桥架设结构上所有参数，以确定不同可能情况下结构的受力状况，可以有效降低桥架设结构恢复不稳定的概率。
2.2数迭代优化MCS抽样算法后，可以根据采样参数及受力状况，构建目标函数，对比分析结构受力状况并进行参数迭代优化，以期待更符合结构稳定性及性能要求的桥架设结构。
3、论总的来说，自锚式悬索桥架设参数的优选很大程度上取决于设计参数的选择，参数的选择涉及到结构的强度和稳定性。
根据蒙特卡罗抽样算法、参数迭代优化、目标函数对比分析以及实验测试，可以有效降低结构的体重，较好地满足桥架设结构的稳定性及性能要求。
地锚式人行观光玻璃悬索桥的安全性评估研究
地锚式人行观光玻璃悬索桥的安全性评估研究DENG Tiejun;ZHANG Chun;LIU Zhiwen【摘要】以一座地处峡谷的地锚式人行观光玻璃悬索桥为工程背景,依据原始设计资料及现场检测结果,从静力性能和抗风性能两方面对该悬索桥的安全性进行评估.建立空间有限元分析模型评估了主缆、吊杆、锚杆、桥面玻璃等的静力安全性能;通过风洞试验、CFD有限元模拟等方法评估了结构的颤振及静风稳定性.理论分析及模型试验结果表明:该桥主缆的安全系数偏小,且颤振与静风稳定性均不满足规范要求.基于评估结果,给出了针对该悬索桥的加固改造建议.该研究可为人行悬索桥的安全性评估与加固改造提供科学依据及参考.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2018(043)006【总页数】5页(P252-256)【关键词】人行悬索桥;安全性评估;静力性能;颤振稳定性;静风稳定性【作者】DENG Tiejun;ZHANG Chun;LIU Zhiwen【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U4470 引言人行悬索桥是以通过索塔悬挂并锚固于两岸 (或桥两端) 的缆索作为上部结构主要承重构件且用于人行的桥梁，充分利用了高强度钢索抗拉强度大的特点，具有跨度大、耗钢量低、桥梁架设和维护方便、桥型美观等优点，许多旅游景区都将柔性悬索桥作为首选桥型[1]。
但随着使用年限的增长，及运营过程中缺乏维护，桥梁的现行状况存在一定的安全隐患。
对这类桥梁的安全性评估[2,3]成为在役桥梁管理养护的重要工作。
本文以一座人行观光玻璃悬索桥为例，依据原始设计资料及现场检测结果，从静力性能和抗风性能[4-6]两方面对该悬索桥的安全性进行评估，并对该人行悬索桥的加固改造[7,8]提出建议。
1 工程概况及现场检测某人行观光玻璃悬索桥跨径146.56 m，桥面宽2 m，垂直高度180余米。
设计荷载为3.5 kN/m2，悬索桥总体布置见图1。
现场检测表明：a.该桥共设置了3层主缆：底层主缆为6根直径32 mm的钢丝绳，矢跨比为1/43。
超大跨径自锚式悬索桥全桥模型试验测试方法研究
超大跨径自锚式悬索桥全桥模型试验测试方法研究摘要：依据桃花峪黄河大桥主桥1/30比例的全桥模型试验，针对超大跨径自锚式悬索桥主缆张拉方法设计、吊索张拉方法设计、力的测试系统设计和位移测试系统设计进行了研究，以便为今后国内外同类桥梁的设计和施工提供可借鉴的结论。
关键词：自锚式悬索桥；全桥模型试验；超大跨径；测试方法近年来，国内外修建了一些自锚式悬索桥并进行了相关的模型试验研究，获得了不少有益成果，但是多针对跨径不大的自锚式悬索桥，而对于大跨径的自锚式悬索桥的模型试验研究则比较少。
目前，正在建设的桃花峪黄河大桥结构新颖、体系复杂，其具有主桥跨径大（主跨406m，在同类型桥梁中世界第一）、桥面宽（箱梁宽度达39m）、设计荷载等级高（是国内公路桥梁最大标准荷载的1.3倍）等特点，且国内外对于此类桥梁无论在设计还是在施工方面均无十分成熟的经验可以借鉴，因此对这种超大跨径、宽桥面、高设计荷载的超大跨径自锚式悬索桥进行全桥模型试验测试方法研究是十分必要的。
1依托项目介绍桃花峪黄河大桥主桥为双塔三跨自锚式悬索桥，主缆孔跨布置为160m+406m+160m，中跨矢跨比1/5.8。
主梁采用整体钢箱梁断面形式，全长为737.43m（包括主缆锚固段）。
主桥横向设置2%横坡，桥面系宽33m（不含布索区）。
工程设计按双向六车道高速公路建设，设计速度100km/h，设计荷载等级为公路－Ⅰ级×1.3，其桥梁效果见图如1。
图1桃花峪黄河大桥效果图2全桥模型试验简介桃花峪黄河大桥全桥模型试验为了得到比较理想的试验数据，在综合考虑试验内容、模型材料、制作精度及试验场地基础上，选定全桥模型的几何缩尺比为1/30。
模型各部分（除桥塔外）均采用相应与原型相同弹性模量和泊松比的材料，原桥塔柱材质为钢筋混凝土，模型桥塔采用钢结构。
在模型试验时，为弥补材料容重不足所产生的影响，采用了恒载补偿的办法，在综合考虑了模型承载能力与试验条件等因素的情况下，选定力的缩尺比为1/1。
独塔自锚式悬索桥全桥有限元计算分析研究的开题报告
2023年中考奖金奖励方案2023年中考奖金奖励方案11. 奖励年级组（1）基础奖：九年级任课教师每人奖300元,其他非九年级教职员工每人奖100元。
（2）①若均衡招生录取萍中，均衡分不低于市直同类公办学校(或统招率不低于同类公办学校)，则九年级的任课教师每人加奖300元, 其他非九年级教职员工每人加奖100元。
②若只划线录取萍中，考上萍中人数的百分率不少于市直同类公办学校, 则九年级的任课教师每人加奖300元，其他非九年级教职员工每人加奖100元。
2. 奖励备课组各学科中考成绩中学科平均不少于市直同类公办学校，则该学科的九年级任课教师人均奖励600元（含体育）同类班级比较，比最高平均低6分（含）以上的任课教师，（以百分制为标准，其他学科根据中考分值比计算：语、数、英7.2分，政4.2分，历3分，地、生、体1.8分）取消该项奖励。
3. 奖励班级（1）优秀奖：①状元奖：获得全市状元,奖励班级10000元；②其它名次奖：全市第二名奖1000元，全市第三名奖800元，全市第四、五名各奖500元，全市第六、七、八、九、十名各奖300元；（2）完成指标奖：超重点高中指标每个奖励800元，超普通高中指标每个奖600元（在完成重高指标的前提下）。
制定重点高中指标的.说明：①比本年萍中录取的实际人数m少10人为本年的总指标数(即【m-10】)；②在七年级、八年级、九年级三个时间段，全校性的考试成绩中各随机取一次作为指标样本，在以上三次成绩，全校前【m-10】名中各班所占人数的平均即为该班重点高中指标数（由本校其它班级转入的学生除外）；③转班的学生一律回原班计算；④班级存在问题而换班主任的班级，重点高中指标可减少1个，特殊情况特殊处理.（由校长办公会决定）4. 奖励教师（1）平均分奖①有三类班级时，各类班级的平均分第一名任课教师各奖150元；②平衡分班时，奖第一、二、三名，第一名奖200元，第二名奖100元，第三名奖50元；③同一位教师教同类班级平均分相差5分(含)以上，（以百分制为标准，其他学科根据中考分值比计算：语、数、英6分，政3.5分，历2.5分，地、生、体1.5分）则取消该项奖励。
自锚式悬索桥施工技术研究
局 限 ， 在 中小 跨 径 上 是 一 种很 有 竞 争 力 的 方 但 案， 会越来 越受 到人们 的重视和欢迎 。这种在 ２ ０
扬机 。
为避免索 夹的扭转 ， 索夹在 主索安装 完成后 进行 。首先复核所标示 的索夹安装 位置 ， 确认后 将该处 的 Ｐ Ｅ护套剥 除。索 夹安装采用 工作篮作 为工作平 台 ， 工作 篮安 装 在 主缆上 （ 同普通 将 或 悬索桥一 样搭设 猫道 ） 承载安 装 人员 在其 上进 ， 行操作 。索夹起 吊采 用汽车 吊 ， 索夹安 装 的关键 是螺栓坚 固， 要分 ２ 次进行 ， 索夹安装就位时用扳 手预紧 ， 然后 用 扭力 扳手 第一 次坚 固， 吊杆 索力 加载完毕后 用 扭力 扳手 第 二次 紧 固。索夹 安装 顺序是中跨从跨 中向塔顶进 行 ， 边跨 从锚 固点附
度变化剧烈 时段 进行测 试 ， 同时随时观 测混凝土
质量 ， 及时对混凝土配 比进行调整 。
３ ２ 鞍 部 施 工 ．
（） ２ 因受 地形 限制小 ， 结合地 形灵 活布置 ， 可 既可做 成双塔 三跨 的悬 索桥 ， 可做成单 塔双 跨 也 的悬索桥 。 （） ３ 对于钢筋混凝 土材料 的加劲梁 ， 由于需要 承受主缆 传 递 的压力 ， 刚度 会 提 高 ， 节省 了大 量 预应力 构造及装置 ， 同时也 克服 了钢在较 大轴 向
碇修建困难的地 区采用 ， 其他地点也可采用。
３ 施 工 技 术
３ １ 主 塔 施 工 ．
２ 自锚式悬索桥 特点
（） １不需要修建 大体积的锚碇 ， 以特别适用 所
悬索桥一般主塔 较高 ， 身大 多采用 翻模 法 塔
分 段 浇 筑 ， 主塔 连 接 板 的 部 位 要 注 意 预 留 钢 筋 在
自锚式悬索—斜拉组合体系桥梁模型试验研究汇总
自锚式悬索—斜拉组合体系桥梁模型试验研究自锚式悬索-斜拉组合体系桥梁是一种崭新的桥型，兼有自锚式悬索和斜拉桥的特点，结构新颖，造型独特、线形流畅优美，但作为一种新型结构体系桥梁，结构复杂，受力不很明晰，自锚式悬索-斜拉组合体系桥梁吊杆张拉施工是一个复杂的非线性过程，困扰桥梁设计和施工。
特别是本文依托工程江苏省交通科学研究计划项目(06Y19B)龙城大桥，为空间主缆、空间索面、倾斜拱形桥塔，结构受力更加复杂，结构是否能够形成相互协作的体系，桥梁是否能够形成理想的线形，如何在施工中保证结构形成理想线形。
对该结构体系进行模型试验研究，是很好的解决上述问题的方法，但目前试验中存在单一材质不适用于复杂结构桥梁，采用多项材质换算参数多，换算关系复杂、工作量大，并且在试验中如何更好的测试缆索的变形以及吊杆的应力。
针对这些问题本文主要研究内容有：1、针对单一材质模型不适合于复杂桥梁结构的问题，以相似理论为基础，提出基于多相材质的模型试验理论。
根据量纲理论推导在集中荷载、均布荷载、弯矩作用下，模型与原型相似的应力、应变、挠度相似判据。
2、基于已有复杂模型换算过程换算参数多，换算工作量大的特点，考虑多相材质模型中弹性模量的差异，提出将弹模计入结构刚度考虑的方法，推导了模型配重关系式，得到了测量物理量的换算关系式。
并对依托工程进行模型设计，确定模型截面，考虑原型边界条件，进行模型加工制作。
3、考虑自锚式悬索-斜拉组合体系桥梁的非线性特征，基于有限位移法建立依托工程施工全过程仿真分析，得到不同施工阶段主缆、斜拉索、吊杆、主梁和主塔在不同施工阶段的内力和位移。
通过模型试验，分析了吊杆张拉方式对结构体系力学行为的。
4、针对模型试验中结构尺寸小，测试精度要求高的特点，研制适合于缆索结构的测力传感器。
针对模型试验中空间缆索变形，人工测试精度低、效率差的特点，提出适合于缆索结构变形的测试方法，并确定测试方法的适用条件。
5、通过施工阶段模型试验，研究自锚式悬索-斜拉组合体系桥梁施工阶段力学行为及受力性能，分析空间索缆线形变化规律和结构整体性能，得到在合理施工方法下，自锚式悬索-斜拉组合体系能够达到预期的空间主缆线形并实现协同受力。
混凝土自锚式悬索桥极限跨径分析
ｂ ｔ ｉ ｅ ｆｓ ｄｄｅ，ａ ｄ ｔ ａｉ ｆｓ ｃ ｎ ｈａ ｅ ｌａ ｏ ｌｖ ｏ ｄ．Ｔｈ ｌｉ ｔ ｐ ｎ ｌｎ ｔ ｘ ｒ ｓ ｉｎ ｏ ｏｈ ｓｄ ｓｏ ａ ｌ ｎ ｈｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｏ ｄ ｐ ｓ ｏ ｄ ｔ ｉｅ ｌａ ｏ ｅ ｕｔ ｍａｅ ｓ ａ ｅ ｇｈ ｅ ｐ ｅ ｓｏ ｆ
摘
要 国内 自锚式 悬 索桥 的兴 建 方兴未 艾 ， 而该 结构 的极 限跨 径在 桥 梁界论 述 较 少。就此 问题从 结
构 因素 出发 ， 过研 究主缆 线性 矢跨 比、 通 边跨 和 中跨 比值 、 高和 主跨 比、 座 左右 主 缆切 角、 期荷 载 塔 鞍 二 和 活载 比重等 因素对极 限跨度 的影响 ， 导 了双塔 三跨 混凝 土 自锚 式 悬 索桥 的极 限跨 度 表 达 式 。并 结 推
ｓ ｌ— ｎ ｈ ｒ ｄ ｓ ｓ ｎ ｉ ｎ ｂｒｄ ｅ，ｔ ｅ ａａ ｔ ｃ ｎ ｌ ｓｓ ｗａ ｅ ｆｒ ｄ，ａ ｄ ｈ ｌｉ ｔ ｓ ａ ｅ ｇｈ ｗａ ｅｆａ ｃ ｏ ｅ ｕ ｐｅ ｓｏ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｍｅ ｒ ａ ａｙ ｉ ｓ ｐ ｒｏ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔｍａｅ ｐ ｎ ｌ ｎ ｔ ｓ
合 目前混凝 土 自锚 式 悬 索桥 常用 的材料 特性 、 材料 用 量 、 常 的 结构布 置形 式 ， 混凝 土加 劲 梁 自锚 式 通 对 悬索桥 的极 限跨度 进行 参数 分析 ， 出 了混凝 土 自锚 式悬 索桥 的极 限跨 度 。 给
关键 词 桥 涵 工程 ，自锚 式 悬索桥 ， 限跨度 ， 劲梁 极 加
ｃ ｎ ｒｔ ｅｆａ ｃ ｏ ｅ ｕ ｐ ｎｓｏ ｂ ｉ ｇ ｓ ｗｉ ｕ ｌ ｐ ｌ ｎ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ａ ｓ ｏ ｃ ｅｅ ｓ ｌ－ ｎ ｈ ｒ ｄ ｓ ｓ ｅ ｉｎ ｒｄ ｅ ｔ ｄｏ ｂ ｅ ｙｏ ｓ ｎ ｔｒ ｅ ｐ ｎ ｗａ ｄ ｄ ｃ ｄ ｎ ｈ ｓ ｐａ ｅ ． ｈ ｓ ｅ ｕ ｅ ｉ ｔ ｉ ｐ ｒ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｃ ｍ ｍｏ ｍａｅ ｉｌ ｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ， ｍａ ｅ ａ ｏ ｓ ｍ ｐ ｉｎ， ｇ ｎ ｒ ｌｌｙ ｕ ｆ ｐ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｒ ｔ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｏ ｎ ｔ ｒａ ｈａａ ｔ ｒｓｉ ｃ ｔｒ ｌｃ ｎ ｕ ｉ ｔ ｏ ｅ ｅ ａ ａ ｏ ｔｏ ｒ ｓ ｎ ｏ ｃ ｅｅ
自锚式悬索桥关键施工阶段分析与研究的开题报告
自锚式悬索桥关键施工阶段分析与研究的开题报告研究背景：随着交通运输事业的不断发展，越来越多的悬索桥被建造出来。
悬索桥的设计与施工是一项复杂的工程，其中自锚式悬索桥的建造更是需要严格的工艺和技术要求。
本文旨在对自锚式悬索桥的关键施工阶段进行深入分析与研究，以期提高这一类大型桥梁的施工效率和质量。
研究内容：本研究将从以下几个方面对自锚式悬索桥关键施工阶段进行分析和研究：1.悬索桥施工前的基础准备工作自锚式悬索桥在施工前需要进行很多工作，例如地形测量、地质勘查、结构设计、材料准备等。
本研究将分析这些准备工作对自锚式悬索桥建造的影响和必要性。
2.自锚式悬索桥的锚段制作与安装锚段是悬索桥最重要的构造之一，其制作与安装直接影响到整座桥梁的质量和稳定性。
本研究将对锚段的制作及安装过程进行详细的解析和探究。
3.索（带）段的吊装安装自锚式悬索桥的索（带）段是桥梁的关键承载部件，其吊装和安装过程需要严格的操作和控制。
本研究将对索（带）段的吊装和安装进行详细分析和研究。
4.桥面铺设和栏杆安装桥面的铺设和栏杆的安装是悬索桥建造中的最后两个环节，也是桥面完工的标志。
本研究将对这两个环节进行探究，提出相应的施工措施和建议。
研究意义：自锚式悬索桥建设是一项对工程技术要求极高的工作，施工过程需要涉及极其复杂的专业技术和操作。
本文对自锚式悬索桥的关键施工阶段进行深入分析与研究，不仅可以提高施工效率和质量，也可以为今后的悬索桥建造提供借鉴和参考。
同时，本文的研究成果可以推动国家的工程建设和交通运输事业的发展。
研究方法：本研究采取文献资料法、案例分析法、实地调查法等多种研究方法进行数据收集和分析，结合专家经验和现场实地考察，将形成一套可行而且有操作性的自锚式悬索桥建造关键施工阶段方法和流程。
预期成果：本研究将对自锚式悬索桥的关键施工阶段进行分析和探究，形成一套完整的施工方案和流程，对促进自锚式悬索桥的建造工作做出贡献。
同时，本研究还可为今后的大型桥梁建造提供参考和借鉴。
自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究
２ｌ Ｏ ０年 ２月
中 于 暑 圈 盛
ＣＨＩ ＮＡ ＭＵＮＩ Ｉ ＡＬ Ｅ Ｃ Ｐ ＮＧＩ Ｅ ＮＧ ＮＥ ＲＩ
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自锚 式悬索桥 的空间分析及其试验研究
自锚 式悬索 桥构造 复杂 ．恒 载与 活载主要 南主缆 和加劲梁 共 同承 受 。加劲 梁 的受 力类似 于小跨度 的 弹
模拟 、单元 与材料 的选择 直接决 定 了模 型 的准确 性 有限元模 型 中 ．混凝 土 门式 桥塔采用 空 间梁 单元 模拟 ．主缆 和 吊杆 用有初 始应力 的桁架单 元模拟 ．加 劲梁 和横梁采 用空 间梁单元 模拟 ．桥面板 采用板 单元 模拟 全 桥模 型包 括桁 架 单 元 １０ ．粱 单元９ ３ ． ５个 ０个
桥 梁 与 隧 道 工 程 硕 士 研 究 生 ． 主 要 研 究 方 向 为 桥 梁 健 康 监 测
评 估 管理 。
１ ８
审回事盛暑
ｌ ｆ
朱 项 强， 江 等：自 式 索 空 分 及 试 研 磊， 贻 郑 敏， 锚 悬 桥的 间 析 其 验 究
２１ 年第１ ００ 期
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变 ．吊杆 索 力 等几 方 面 的对 比 ．表 明理 论 计 算 值 和实 测 值 吻合 较 好 ，北 关 大 桥 的 刚度 和 强 度满 足规 范 要求 ． ．
关 键词 ： 自锚 式 悬 索桥 ： 初 始 平衡 状 态 ： 初 始 张 拉 力 ： 有 限 元法 ： 静载 试 验 中图分 类 号 ：Ｕ ４ ．５ ４ ８２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ６ ５ （ ０ ０ １ ０ １ — ３ ０ ４ ４ ５ ２ １ ）０ — ０ ８ ０
自锚式悬索桥的综述
自锚式悬索桥的综述构建拥有一定规模的桥梁工程是城市化进程中的必要组成部分，而自锚式悬索桥，在工程技术上具备了一定的发展前景。
因此，本文将从建筑专家的角度，对自锚式悬索桥进行综述。
本文将从以下五个方面进行分析：一、自锚式悬索桥的概述自锚式悬索桥属于现代化悬索桥的一种类型，建造时可以脱离传统锚具的使用。
它是一种连结两边大陆的现代桥梁工程，主跨向形为悬索，以悬挂索的方式连接于下放缆，并由自锚装置和主塔的承载力共同支撑，支撑物的内容质调配要求较高。
自锚式悬索桥是一种跨度较长的桥梁，其制造需要更高的技术和材料。
由于其结构特性，使得该类桥梁能够承受较大的荷载，并且在不牺牲桥梁的整体强度情况下，可以达到优秀的流畅性和结构简单性。
二、自锚式悬索桥的优点自锚式悬索桥具有以下优点：1. 结构简单通常自锚式悬索桥只有一至两个塔，整体结构简单明了，操作简洁，维护也方便；2.纤维混凝土是一种有效的材料，不仅强度和韧性都很高，并且可以使悬索桥的跨度实现大规模的变化；3. 确保桥梁强度，减少维护成本；4. 具有良好的自锚定能力，降低了工期，省去了锚具的使用，减少了成本；5. 对于环境遮挡物的压力较强，在自锚式悬索桥的支撑下，协同优化来使对气象条件的自适应性更强；三、自锚式悬索桥的缺点1. 建造难度大，需要高精度的制造过程；2. 需要高质量材料，建造成本较高；3. 需要对环境条件进行严格的考虑和设计，如风、雨、地震等灾害；四、自锚式悬索桥的工程实例分析1. 汉江大桥（中华人民共和国第一长跨钢斜拉桥），主跨1104米，总长1670米，建于1993-1995年间，位于中国河南省郑州市新郑市汝河之下。
2. 宝华山双塔拱桥，是中国目前仅存的悬索桥桁架结构的一座大跨度悬索桥，主跨660米，总长1299.5米，位于四川省巴中市南江县。
3. 大澳大桥，位于香港新界西贡区，是一座容纳行人、自行车和车辆的悬索桥，主跨180米，总长610米，建于1997年。
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自锚式悬索桥极限承载力及安全性评价方法研究沈锐利;成新;白伦华;颜智法【摘要】以鹅公岩轨道交通专用桥为工程背景,对自锚式悬索桥极限承载力及其安全性评价方法进行研究.从材料的单轴本构模型出发,介绍杆单元与纤维梁单元弹塑性刚度矩阵的计算方法,基于U.L.列式编制相应的杆系有限元计算程序.对活载独立增大及恒活载同比增大两种典型荷载模式下四种工况的极限承载力计算结果进行分析,揭示了自锚式悬索桥的破坏过程中位移、截面刚度变化规律及失效机制.结合JTG/T D65-01-2007《公路斜拉桥设计细则》中大跨度桥梁非线性分析时主梁安全系数的规定,根据荷载效应等效原则,推导活载安全系数的计算公式,通过与规范对比分析发现,其计算结果更为严格,并就该公式及规范评价吊索与主缆安全性出现的结果不一致性进行分析.%Based on the prototype of Egongyan Transit Bridge,the ultimate bearing capacity and safety evaluation method of the self anchored suspension bridge were studied.Based on the uniaxial constitutive model of the material,the calculation methods of the elastic-plastic stiffness matrixs of the rod and fiber beam element were introduced,and the finite element calculation program was developed based on the U.L.formulation.The calculation results of the ultimate bearing capacity of four working conditions under two typical load modes,namely independent increase of live load and joint increase of both live and dead loads were analyzed to study the displacement,section stiffness variation and failure mechanism of the bridge.According to the requirement on the safety factors of the main girder of large span bridges under nonlinear analysis specified by the Guidelines for Design of HighwayCable-stayed Bridge and the principle of equivalent load effect,the calculation formula of the safety factor of live load was pared with design codes,the results showed that the calculation formula is more rigorous.Meanwhile,the inconsistency between results of the safety of the sling and main cable evaluated by the calculation formula and specified by design codes were analyzed.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2017(039)011【总页数】8页(P89-96)【关键词】桥梁工程;稳定;自锚式悬索桥;极限承载力;二阶非线性;弹塑性截面特性【作者】沈锐利;成新;白伦华;颜智法【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;中交公路规划设计院有限公司大桥事业部,北京 100088;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;中交公路规划设计院有限公司大桥事业部,北京 100088【正文语种】中文【中图分类】U448.25;U445.462自锚式悬索桥主缆锚固于主梁端部，主梁中产生较大的轴向压力。
轴压荷载作用下使结构稳定问题更加突出。
对大跨径自锚式悬索桥中长细主梁稳定性问题应考虑主缆、吊索及主梁相互作用，即荷载增大以后，主缆通过吊索对主梁的支承作用也增强，使主梁在面内不再出现分叉失稳［1］。
于是，自锚式悬索桥结构体系的稳定问题可归为极值稳定，截面应力能够达到材料强度。
同时，由于桥塔侧移，主梁压弯耦合作用等影响，二阶效应显著，对其极限承载力的计算应采用二阶分析理论。
该文以鹅公岩轨道交通专用桥为工程背景，通过U.L.列式法［2］考虑缆索结构的几何非线性，采用纤维模型法考虑梁单元的材料非线性，编制计算结构空间静力极限承载力的分析程序，建立由空间梁单元与空间杆单元的全桥杆系有限元模型，研究自锚式悬索桥在运营阶段的静力极限承载力和安全性评价采用的荷载模式等问题。
1 极限承载力分析方法1.1 极限承载力理论极限承载力问题，数学意义上是求解一个非线性方程。
将荷载分级施加于结构上，第i级荷载的增量为dψi，则结构U.L.列式下的总平衡方程为［3］式中：t K T为结构的整体刚度矩阵；t K E为弹塑性刚度矩阵；t K G为几何刚度矩阵；dδi为第i级荷载作用时结构产生的位移增量。
采用荷载增量法即可求解式（1）的非线性方程组，其思路是：近似假设在i级荷载作用时，结构刚度矩阵为上一级荷载作用结束的值；待i级荷载作用完成时计算结构各个构件的应力、应变值，根据变形后的结构构形计算结构新的整体刚度矩阵，当结构达到承载力极限状态时，此时结构的刚度矩阵奇异，作用于结构上的增量荷载和即为结构的极限荷载［4］。
1.2 材料本构关系随着荷载的不断增加，结构构件逐渐进入塑性阶段，此时材料的本构关系不再是线性关系。
工程上钢材一般采用低合金钢，其钢材有明显的屈服点，通常采取理想弹塑性［5］本构关系模拟，即钢材达到屈服强度之后将发生塑性变形，应力-应变关系的斜率为零，其本构关系见图1；吊索及主缆采用高强度钢丝构成，通常采用考虑应变硬化的弹塑性本构关系模拟［5］，本构关系模型见图2；混凝土材料通常采用Hognestad模型［6］和Rüsch模型［7］，分别见图3、图4，该文采用Rüsch模型来模拟混凝土本构关系。
1.2.1 空间杆单元材料非线性空间杆单元在有限元中看作结构两端为铰接的，只承受轴向力的杆件，每个节点包含3个自由度。
空间杆单元的弹塑性刚度矩阵为图1 理想弹塑性本构关系图2 考虑应变硬化的弹塑性本构关系图3 混凝土Hognestad模型本构关系图4 混凝土Rüsch模型本构关系式中是杆单元的弹塑性刚度矩阵是杆单元的几何刚度矩阵。
文献［8］详细列出了上述两刚度矩阵的表达式。
1.2.2 空间梁单元材料非线性基于极限承载力分析理论，考虑材料非线性的方法主要有内力塑性系数法［3］、分层法［9-10］、分块分段纤维模型［11-13］、塑性铰法［14-18］等。
空间梁单元的U.L.列式的增量有限元方程为［11］式中：t K ep为梁单元的弹塑性刚度矩阵；t K G为几何刚度矩阵；t＋Δt P为外荷载的等效荷载列阵；t F为t时刻的单元等效节点力列阵，t U为单元节点位移增量。
而考虑梁单元的材料非线性关键在于求解弹塑性刚度矩阵。
采用纤维模型法，将截面划分成如图5所示的形式，第i块截面单元的面积为d A y，z，假设截面几何中心的初始应变为ε0，曲率φy、φz，则第i块截面单元形心的应变为εy，z＝ε0＋φz y＋φy z。
根据材料本构关系，可以计算各单元划分块应变对应的切线模量E t，则截面刚度矩阵中的截面特性为［13］图5 梁单元的截面划分及应变分布先计算小块的刚度，并根据截面各小块的刚度累积得到截面整体的刚度特性矩阵D［13］对D采用Newton-Cotes法沿单元长度进行积分，获得梁单元的弹塑性刚度矩阵［11］式中：Ci为积分常数；l为单元长度；n为单元分段数；B i为第i截面的应变矩阵；D i为第i个截面的刚度特性矩阵。
1.3 杆系模型分析极限承载力的假设该文拟采用梁单元及杆单元组成的杆系有限元模型从结构体系角度对桥梁结构的极限承载力进行分析，假设：（1）不考虑板件局部屈曲及剪力滞效应对桥梁结构极限承载力的影响；（2）对实际材料的屈服强度进行折减以考虑钢板初始缺陷及残余应力等不确定性因素对整体极限承载力的影响，以获得偏安全的结果供工程应用。
实际上，该文基于梁杆有限元模型对自锚式悬索桥进行极限承载力分析，对纤维梁单元而言，其单元模型建立在平截面假定的基础上，因此对结构的空间效应（如剪力滞）并没有详细考虑。
但截面进入塑性状态后，会引起截面的应力重分布。
在截面出现完全塑性状态之前，由于剪力滞造成的横向应力不均匀性，截面纤维可分为已达到屈服纤维与尚未屈服的纤维两类。
已经屈服的纤维显然应力保持为强度值，尚未屈服的纤维在继续加载过程中逐渐屈服。
截面应力趋于均匀。
截面完全进入塑性状态时，截面纤维都进入塑性状态，应力达到屈服强度值，不存在某一区域的应力不均匀。
认为结构达到极限状态时，剪力滞的影响可以不考虑。
这与规范［19］中通过有效宽度的概念对剪力滞效应的考虑并不相同，因为规范中以剪力滞造成的应力最大纤维屈服作为极限状态进行讨论。
而且，如果该结构中的加劲板属于刚性加劲板（即加劲板屈曲以母板屈曲作控制，加劲肋能起到简支边界条件的作用），且屈曲设计控制高于在压曲强度值，板件不会在材料屈服前发生弹性屈曲失效，材料强度利用率较高。
因此，假设（1）从满足工程应用的角度来讲，是合理可取的，假设（2）是通过折减强度的方法进一步获得偏安全的结果。
2 自锚式悬索桥分析模型基本情况2.1 工程概况重庆鹅公岩轨道交通专用自锚式悬索桥的跨度为（50＋210＋600＋210＋50）m，为目前世界上最大跨度自锚式悬索桥，矢跨比为1∶10，见图6。
主桥采用钢与混凝土的混合梁结构。
过渡段及边跨锚固段部分采用混凝土箱梁结构，主跨与边跨大部分梁段为全焊扁平流线形封闭单箱五室钢梁，典型截面形式见图7。
主桥索塔设计为混凝土结构，采用双柱门式塔柱，西塔柱自承台顶面以上高158.817 m，东塔柱自承台顶面以上高164.817 m，东西塔均设上、中、下三道横梁，以东桥塔为例说明桥塔构造特点，见图8。