斜拉橋的案例
MIDASCivil應(yīng)用例題的跟隨操作----斜拉橋成橋階段和施工階段分析
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橋梁索結(jié)構(gòu)底層原理與對應(yīng)軟件實操--ANSYS斜拉橋索力優(yōu)化
涉及索的三種主要橋梁結(jié)構(gòu)體系
斜拉橋效率高、跨越能力大，大家見的多、做的多，但是由多個三角幾何形成如此簡單造型的斜拉橋，在設(shè)計上卻帶給廣大工程師如此多的困惑，往往一點設(shè)計細(xì)節(jié)上的變化，就會帶來計算結(jié)果的震蕩，原本可行的方法突然失去了普適性，這是大家的共同痛點。
斜拉橋家族基因的多樣性
總結(jié)出共性，萃取其本質(zhì)，化整為零，從簡單的概念切入再逐漸推進深化。
“超靜定結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，在于力有多條傳遞路徑”
斜拉橋、拱橋調(diào)索，其目的在于將超靜定結(jié)構(gòu)里以軸力為主的那條傳力路徑給找出來，而不是創(chuàng)造出一條以軸力為主的傳力路徑。若沒有通過清晰的概念設(shè)計先構(gòu)筑一個高效、合理的體系，則該體系內(nèi)就不存在一條以軸力為主的潛在傳力路徑，此時用任何調(diào)索方式，都無法得到下圖中這般漂亮的內(nèi)力分布圖。
一座非典型斜拉橋的調(diào)索后內(nèi)力圖
學(xué)習(xí)橋梁設(shè)計，樣本的優(yōu)劣很重要，并不是說，已經(jīng)建成的橋梁，就代表了正確和可靠，相反，其中的水平差異和浮動性非常大，若是沒有對學(xué)習(xí)樣本作有效篩分，則會被帶入深坑。
下圖中形態(tài)各異的索結(jié)構(gòu)橋梁，都是高效設(shè)計家族中的成員，它們經(jīng)過合理的體系設(shè)計與找形，兼顧了美學(xué)與力學(xué)的平衡，也是調(diào)索后得到完美彎矩圖的必要前提。
圖解靜力學(xué)對各式索結(jié)構(gòu)橋梁體系進行找形
從設(shè)計的角度來進行分析，可以得知成橋恒載內(nèi)力的分布如何是橋梁結(jié)構(gòu)在長期運營過程中保證其質(zhì)量的關(guān)鍵部分所在，成橋的狀態(tài)合理指的就是斜拉橋的索、梁、塔等構(gòu)件在活載、恒載作用下做能承受的最小的受力狀態(tài)。
我們根據(jù)目前設(shè)計研究中常用的索力優(yōu)化方法，提煉出橋梁索結(jié)構(gòu)底層原理與對應(yīng)軟件實操教程，旨在為同行直觀了解當(dāng)前斜拉橋索力優(yōu)化研究進展并學(xué)習(xí)相關(guān)理論基礎(chǔ)。
展開 雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)受力分析
摘 要：以某雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋為工程背景，簡要介紹了橋梁結(jié)構(gòu)形式，并利用有限元軟件建立了全橋施工仿真分析模型，分別對施工階段和運營階段的鋼主梁、邊跨混凝土梁、中跨混凝土橋面板、結(jié)構(gòu)剛度進行了有限元力分析，計算結(jié)果均滿足設(shè)計要求，可為類似橋梁設(shè)計和施工提供理論依據(jù)和實踐參考。
關(guān)鍵詞：斜拉橋;疊合梁;雙索面;仿真分析;
0 引言
隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，斜拉橋屬于最受歡迎的橋型之一，其滿足橋梁設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力研究受到了廣泛關(guān)注[1,2]。斜拉橋是塔、拉索和鋼主梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系，屬高次超靜定結(jié)構(gòu)[3]。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅充分發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)材料受力性能的優(yōu)勢，還有利于實現(xiàn)施工組織的工廠化和裝配化，提高工程質(zhì)量和施工效率[4]，在實際工程中，為確保施工期間及成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力的合理，往往需要提前進行力學(xué)性能分析。本文以某雙塔雙所面大跨度疊合梁斜拉橋為例，采用Midas Civil軟件建立有限元模型，對其施工階段和運營階段主要受力性能進行分析，研究結(jié)果可為同類橋梁提供借鑒。
1 工程概況
橋梁全長617m，橋梁中心樁號K203+476，該橋為（54+71+360+71+54)m五跨雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，無引橋；斜拉索扇形布置，梁上索距中跨為12m，邊跨8m，塔上索距2.5～3.5m。橋面全寬為28.0m，路線中心線處梁高3.16m，邊主梁中心線處梁高2.9m。邊跨主梁采用混凝土邊主梁形式，斷面全寬28.0m，主梁橫向索中心距26m，截面端面高2.88m，中心高3.16m。本橋采用“H”形主塔，主塔塔身由上塔柱、中塔柱、下塔柱、上橫梁、下橫梁等組成。
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斜拉橋的建模及分析案例 ￥800
<p>斜拉橋將拉索和主梁有機地結(jié)合在一起，不僅橋型美觀，而且根據(jù)所選的索塔型式以及拉索的布置能形成多種多樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)，易與周邊環(huán)境融合，是符合環(huán)境設(shè)計理念的橋梁形式之一。但是，斜拉橋對設(shè)計和施工技術(shù)的要求非常嚴(yán)格，斜拉橋的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計與其它橋梁形式有很大不同，設(shè)計人員需具有較深厚的理論基礎(chǔ)和較豐富的設(shè)計經(jīng)驗。在斜拉橋設(shè)計中，不僅要對恒荷載和活荷載做靜力分析，而且必須做特征值分析、移動荷載分析、地震分析和風(fēng)荷載分析。為了決定各施工階段中設(shè)置拉索時的張力，首先要決定在成橋階段自重作用下的初始平衡狀態(tài)。</p><p>本篇文檔將先介紹建立斜拉橋分析模型的方法，然后再計算拉索初拉力的方法，并查看分析結(jié)果的方法。分析軟件選用MIDAS Civil 2019（V2.1）。軟件MIDAS Civil是通用的空間<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%89%E9%99%90%E5%85%83%E5%88%86%E6%9E%90%E8%BD%AF%E4%BB%B6" rel="noopener noreferrer" target="_blank">有限元分析軟件</a>，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。
展開 『原創(chuàng)』斜拉橋調(diào)索
最近我看了幾本關(guān)于斜拉橋的資料，只是很簡單地介紹了調(diào)索的問題，對于斜拉橋在施工過程中進行一次調(diào)索，調(diào)整了該階段的最佳彎矩的受力，基本上沒有對成橋狀態(tài)下的調(diào)索進行分析。斜拉橋施工和運營狀態(tài)下的約束有很大差異，成橋后的調(diào)索應(yīng)該不只是調(diào)整彎矩的最佳狀態(tài)，還應(yīng)考慮主梁在橋塔處的壓應(yīng)力。
國內(nèi)首座獨柱分離式主梁鋼塔斜拉橋
總體設(shè)計
橋型方案
根據(jù)通航要求、河工模型試驗結(jié)果和水利部門的意見，本橋主跨不宜小于500m。由于江面寬約2000m，對于主跨500m的橋梁，斜拉橋和拱橋可滿足本項目的建設(shè)條件，但是對于主跨500m的拱橋，已經(jīng)是超大跨度了，技術(shù)難度、施工風(fēng)險和工期風(fēng)險很大，因此采用斜拉橋方案。對于索塔材料，采用混凝土塔或鋼塔都是可行的。混凝土塔結(jié)構(gòu)尺寸較大、重量大、施工速度較慢，而鋼塔結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量輕、節(jié)段工廠化制作、施工速度快，較混凝土塔縮短工期6個月以上、質(zhì)量易控制。雖然鋼塔總體造價較混凝土塔有一定增加，但基礎(chǔ)工程量較混凝土塔基礎(chǔ)有所減少，基礎(chǔ)部分造價略降。根據(jù)對本項目特點和具體建設(shè)條件的研究，為保證工期，最終采用可以大量工廠化制造、施工速度快的鋼塔鋼箱梁斜拉橋方案。
在橋跨布置上，由于橋位處深槽偏右岸，設(shè)計中將一個主墩設(shè)在右岸（八卦洲側(cè)）水邊，另一個主墩設(shè)在淺水中。主橋為雙塔雙索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋，采用全漂浮體系，橋跨布置為（50+180+500+180+50）m，見圖2。
塔形方案
由于本橋位于城市邊緣，距長江邊的幕燕風(fēng)光帶較近，在景觀方面有較高的要求，而斜拉橋的塔形對全橋景觀效果起著至關(guān)重要的作用。斜拉橋典型橋塔形式主要是 H形、鉆石形或人字形，以及獨柱形塔。雙塔斜拉橋橋面以上索塔的高度與主跨跨徑之比宜為1/4～1/6，則本橋橋面以上塔高在83～125m之間。考慮到空間索面橋面上建筑限界凈空因素，并為使全橋有高聳、挺拔的景觀效果，橋面以上宜取較高值。
展開 世界上最寬公鐵兩用斜拉橋架設(shè)首節(jié)段鋼梁
大橋首次采用多塔剛構(gòu)體系公鐵兩用斜拉橋結(jié)構(gòu)，主跨為3×340米的公鐵同層四塔斜拉橋，全橋長1369米，寬49.6米，中間為雙向160公里/小時的城際鐵路，兩側(cè)為雙向六車道的100公里/小時高速公路，是世界首座公鐵同層多塔斜拉橋，也是目前世界上最寬公鐵兩用斜拉橋。
此次吊裝的鋼梁為27號主塔墩頂鋼梁，鋼梁長46米、寬50.2米（含風(fēng)嘴）、高8.6米，其面積相當(dāng)于5.5個籃球場，重量比300多頭成年大象加起來還重，具有結(jié)構(gòu)尺寸大、重量重、受力復(fù)雜、制造安裝工藝新等特點。超大重量的鋼梁架設(shè)需要多種船舶間的協(xié)同配合，吊裝工序復(fù)雜，組織協(xié)調(diào)工作量大。為提前應(yīng)對鋼梁架設(shè)過程中出現(xiàn)的各種困難，項目團隊提前籌劃，準(zhǔn)備了多種工作預(yù)案，并提前對浮吊、拖輪及錨艇之間的協(xié)同機制進行了演練和完善，確保鋼梁架設(shè)的安全性控制。
“項目鋼箱梁制造具有‘大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化’特點，其在工廠整體制造，通過水運至橋址，采用3600噸‘海鷗號’起重船進行整體安裝。”中鐵大橋局珠機城際金海大橋總工程師鄧永峰說，相比分節(jié)段吊裝，整節(jié)段安裝將高空作業(yè)轉(zhuǎn)為低空作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)轉(zhuǎn)為工廠化作業(yè)，勞動密集型施工轉(zhuǎn)為機械化施工，有效地減少了現(xiàn)場水上和高空作業(yè)風(fēng)險，可縮短工期半年以上。
“海鷗號”起重船由中鐵大橋局自主設(shè)計打造，長118.9米，寬48米，吃水4.8米，起重量3600噸，主鉤最高起升高度距水面以上110米，曾在平潭海峽公鐵兩用大橋和孟加拉帕德瑪大橋執(zhí)行鋼梁架設(shè)任務(wù)，是國內(nèi)起重量最大、起升高度最高的雙臂架起重船。
展開 ANSYS APDL斜拉橋精細(xì)化建模與仿真分析案例 ￥39.9
模型簡介
圖1-1 Ansys斜拉橋全橋模型
圖1-2 恒載位移情況（mm）
圖1-3 索力提取（N）
本案例提供了一套基于ANSYS APDL的斜拉橋全參數(shù)化建模與仿真分析解決方案，涵蓋主梁、索塔及斜拉索的模擬，適用于橋梁工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析、索力優(yōu)化及二次開發(fā)需求。模型采用經(jīng)典單元類型（Beam188、Link180），跨徑布置為100m+220m+100m，包含完整的命令流文件（.mac）與模型數(shù)據(jù)庫文件（.cdb），用戶可直接運行或基于現(xiàn)有框架快速擴展功能。
1.2. 核心內(nèi)容與文件說明
1.2.1. 模型文件
stayedCableBridge.cdb：已生成的有限元模型數(shù)據(jù)庫，包含幾何、單元、材料及邊界條件定義，可直接導(dǎo)入ANSYS進行求解或后處理。【也可以直接接入到命令界面進行修改】
Stayed Cable Bridge.mac：模型分析的APDL命令流腳本，含求解及后處理等關(guān)鍵步驟包括。
1.2.2. 模型特點
單元類型科學(xué)選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過初應(yīng)變法實現(xiàn)索力精準(zhǔn)控制。
可通過節(jié)點坐標(biāo)的修改進行：
參數(shù)化設(shè)計：跨徑、塔高、索面布置等關(guān)鍵參數(shù)可快速修改，適應(yīng)不同橋型需求。
非線性兼容性：支持幾何非線性分析（如大位移、索松弛），為復(fù)雜工況提供可靠依據(jù)。
案例優(yōu)勢與應(yīng)用場景
1.2.3.
展開 世界最大斜拉橋如何架梁？中國基建無與倫比！
截止到今天，滬通長江大橋主航道橋的28號主塔已經(jīng)封頂，29號主塔正在加快建設(shè)，164個節(jié)段鋼梁已經(jīng)完成了11個節(jié)間架設(shè)。此后，將一邊架梁一邊同步掛設(shè)斜拉索，直至輔助跨、邊跨合龍，最后中跨合龍。屆時，擁有全球最高主塔的世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋將橫空出世。
京廣線上“華麗轉(zhuǎn)身” 中鐵大橋局轉(zhuǎn)體斜拉橋主塔封頂
摘要：4月6日，河南省信陽市新十八大街南段貫通工程、跨京廣鐵路轉(zhuǎn)體斜拉橋塔柱封頂，該橋由在鄂央企中鐵大橋局承建。
4月6日，河南省信陽市新十八大街南段貫通工程、跨京廣鐵路轉(zhuǎn)體斜拉橋塔柱封頂，該橋由在鄂央企中鐵大橋局承建。
跨京廣鐵路轉(zhuǎn)體斜拉橋，跨越京廣鐵路信陽編組場20股鐵路股道，為150米＋150米斜拉橋斜拉索，共設(shè)置22對扇形雙索面，半漂浮體系。主塔采用箱型截面，塔高84米，采用液壓爬模施工，轉(zhuǎn)體總噸位近2萬噸。
【iSolver案例分享73】iSolver在土木工程中的應(yīng)用之斜拉橋建模與仿真
本文以一座跨徑為100+220+100 m的斜拉橋為例，介紹iSolver在斜拉橋建模與仿真中的應(yīng)用，并與ANSYS計算結(jié)果進行對比分析。
1.2. iSolver簡介
iSolver是一款純國產(chǎn)的有限元分析軟件，采用模塊化的架構(gòu)，界面與操作邏輯接近ABAQUS，便于已有大型有限元軟件使用經(jīng)驗的工程師快速上手。其主要特點包括：
友好的操作體驗：采用與ABAQUS類似的建模與求解流程，降低學(xué)習(xí)成本。
國產(chǎn)自主研發(fā)：完全獨立的求解內(nèi)核，避免對國外平臺的依賴，適合國產(chǎn)化替代需求。
工程適用性強：支持梁單元、桁架單元、殼單元等常用單元類型，能夠覆蓋土木工程常見結(jié)構(gòu)體系分析。
1.3. 建模背景
本文選取一座跨徑布置為100+220+100 m的斜拉橋作為研究對象（測試用，參數(shù)選取實際可以進行調(diào)整）。主梁采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，索塔為鋼筋混凝土門式塔，斜拉索以空間對稱布置方式連接主梁與塔柱。此類結(jié)構(gòu)兼具受力復(fù)雜性與計算規(guī)模適中，適合作為有限元軟件對比驗證的典型算例。
1.4. 建模過程
在iSolver中，建模過程大致如下：
定義單元類型：主梁、索塔均采用梁單元；斜拉索采用桁架單元，以模擬僅受拉特性。
圖1-1 定義單元類型
施加邊界條件：在橋塔基礎(chǔ)處施加約束，主梁兩端支座位置設(shè)置適當(dāng)?shù)呢Q向與水平約束。
圖1-2 邊界條件建立
加載工況：主要考慮恒載作用。
圖1-3 施加重力
求解設(shè)置：采用靜力分析方法。
展開 [會議論文]基于ANSYS軟件的斜拉橋結(jié)構(gòu)可靠性分析
基于ANSYS軟件的斜拉橋結(jié)構(gòu)可靠性分析
基于ANSYS軟件的斜拉橋結(jié)構(gòu)可靠性分析.pdf
lw.JPG
發(fā)兩篇關(guān)于斜拉橋拉索震動的文章
一
a four-degree-of-freedom model.pdf
a non-linear dynamic model for cables and its application to a cable-structure system.pdf
A nonlinear model for an inclined cable.pdf
Modal coupling in the free nonplanar finite motion of an elastic cable.pdf
懸索橋的風(fēng)致振動及控制方法.pdf
dynamics behevior of cables .pdf
non-linear interactions in the planar dynamics of cable-stayed beam.pdf
full-scale measurements to investigate rain-wind induced cable-stay vibration and its mitigation.pdf
帶人工雨線的拉索在風(fēng)激勵下的響應(yīng).pdf
帶固定人工水線拉索繞流的數(shù)值模擬.pdf
斜拉橋三維拉索風(fēng)雨激振準(zhǔn)兩自由度模型.pdf
斜拉橋拉索風(fēng)雨激振控制的試驗研究.pdf
展開 斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys仿真
直接以邵旭東教授等編著的《橋梁設(shè)計與計算》的一例子來說明斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys聯(lián)合仿真的可行性。
書中相應(yīng)的計算理論見原書p540-550。或參考郭鐘群等人的論文《基于可行域法的斜拉橋索力優(yōu)化》。
算例描述如下：
書中和該論文對算例采用了可行域法來確定索力。本貼也將采用該法。
計算的基本原理：采用matlab為主控程序，編制優(yōu)化算法程序，將ansys計算得到的彎矩作為約束條件返回給matlab優(yōu)化程序。
目標(biāo)函數(shù)：彎曲應(yīng)變能
約束條件：彎矩在可行域內(nèi)，具體表達式見原書。
利用懲罰函數(shù)將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題。
新的目標(biāo)函數(shù)：懲罰函數(shù)=彎曲應(yīng)變能+彎矩懲罰項
優(yōu)化方法：遺傳算法
首先，建立有限元模型如下：
matlab輸出結(jié)果：
即三索索力T1，T2，T3分別為 3137.819072011635 3303.436908252255 5114.168292024851KN，最小彎曲應(yīng)變能為3.491895730000000e+004。
索與主梁相交的三個截面的彎矩可行域為：
截面1：md11 = 3.0973e+005 md21 = -2.6617e+006
截面2：md12 = -2.2499e+005 md22 = -2.6221e+006
截面3：md13 = -1.7047e+006 md23 = -1.8241e+006
三個截面的彎矩分別為： -2046378.2063 -1675845.4513 -1737980.5069
可見，彎矩全部落入可行域。
書中計算得到的T1=3307.400 T2=3620.100 T3=5418.100kN。
下面進行比較分析。
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