大跨度悬索桥的动力特性分析研究

大跨度悬索桥的动力特性分析研究

摘要：悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类型。由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康检测和维护具有十分重要的意义。随着桥梁跨度的增大，加之悬索桥是一种刚度小、变形大的柔性结构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重要的理论意义和工程实际价值。结构刚度是影响悬索桥动力特性的重要因素，本文就加劲梁刚度、索塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等对双塔单跨悬索桥固有频率的影响进行研究。

关键词：大跨度；悬索桥；动力分析

1.

大跨度悬索桥的动力分析的意义

悬索桥的振动特性是悬索桥动荷载行为研究的基础。桥梁结构的振动包括自振频率和振型等,它反映了桥梁结构的刚度和质量分布的合理性,是桥梁结构振动响应分析、抗震设计和抗风稳定性研究的基础。桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼。悬索桥结构在动力激励作用下,在空间上各向振动的振型和频率都是需要的。但一般被分为四种类型:竖向、纵向、横向和扭转振型。然而,实际情况却是一种位移通常会与另外一种位移耦合,特别是竖向位移与纵向位移耦合在一起,横向位移与扭转位移耦合在一起。甚至有时候,四种位移同时耦合在一起。耦合情况决定于结构几何和支撑条件等因素。一阶扭转振动频率与一阶竖向振动频率比值越大,桥梁具有更好的抗风稳定性;桥梁抖振则需要考虑多振型的参与。因此,动力特性分析是桥梁结构动力性能研究的重要内容之一。在悬索桥进入大跨径结构的阶段,其加劲梁的刚度不断地相对减少,当加劲梁的高跨比小于1/300时,采用线性挠度理论分析悬索桥所产生的误差将不容忽视,为此有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中,使悬索桥的分析计算更加精确。基于矩阵位移法的有限元技术能适应解决复杂结构的受力分析,一些有代表性的研究

成果逐渐完善和发展了有限位移理论。应用有限位移理论的矩阵位移法,可以综合考虑体系结点位移影响和轴力效应,把吊桥结构分析方法统一到一般非线性有限元分析之中。

2.悬索桥动力特性分析

对悬索桥进行动力特性的计算分析,首先要对结构有一个全局性的把握。鉴于悬索桥是一类柔索体系的桥梁结构,在成桥状态,主缆的线形只给定了几个控制点的坐标,而动力分析必须在静力平衡的基础上进行。所以,对于成桥状态的的动力特性计算,首先就需要确定恒载作用下的静力平衡位置。悬索桥动力特性分析方法经历了早期的解析理论分析方法,近似经验方法到现在的有限元方法。自有限元法出现以来,借助有限元方法,动力特性计算可以考虑各种边界条件和许多具体的构造细节。随着有限位移理论的发展,尤其是空间有限元理论的发展,采用三维空间理论对悬索桥进行结构分析已成为现实。采用空间有限元理论,则在一次分析后能够获得所有方向的振动形态,能够反映各方向振动在空间上的耦合,从理论结构上看分析结果也应该更为可靠。

2.1成桥初始构形的确定

在实际工程中,桥面系是由主缆吊挂,彼此首尾相连并与桥塔、桥台连接,此时主缆被拉紧,受载弯曲下垂,桥梁从主缆的张力中得到它抵抗荷载的刚度。对一座已经建成的悬索桥,变形稳定后的几何位置应与设计图纸上标注的桥梁的几何位置相一致。因此,悬索桥的有限元模型应该是在恒载作用下该桥的实际位置,因为这是它保持在恒载真实作用下的最终几何位置。换言之,桥梁有限元模型在自重作用下变形后的结构应该要非常接近设计时的几何位置。但悬索桥成桥时刻的有限元模型建立后,一般情况下有限元模型的平衡位置并非处在成桥设计的平衡位置。因此，在进行结构的静力和动力分析之前,需要确定结构在恒载状态下的初始构形。对于满足要求的初始构形,就是在内力平衡的时候结构各部位的线形满足成桥态的要求。一般的做法是利用别的方法先给出主缆的初始线形,然后以此可以建立全桥的初始模型,然后通过试算的方法调整模型的结构线形和内力,得到满足成桥要求的状态。对于成桥状态下的模态分析,因为成桥状态的线形已经

确定,所以对于平衡位置的求解,只需要进行非线性计算确定符合成桥线形要求的内力状态，然后转入第二步，开始进行模态计算分析。

2.2空间动力模型的建立

结构动力分析的模型建立是进行悬索桥动力分析的关键一步。有限元模型的建立应着重于结构刚度、质量和边界条件的模拟,这三个因素直接与结构的特性有关,它们应尽量和实际结构相符。过去由于受计算机技术的限制,人们往往对实际结构作较大简化。简化后的有限元模型必然与实测的结果相差较大,不能够正确反映实际桥梁的空间行为。但对于大型复杂结构建立非常精细化的有限元计算模型不但浪费人力物力,而且也是没有必要的。显然,有限元建模应该是基于有限元分析的目标,目标不同,建模的策略可以完全不同,得到的模型就会有很大的差别。一个合理有限元模型应能准确反映结构的本质与特征。

2.3大跨度悬索桥动力分析过程

对于动力特性计算,就是结构在没有外力作用下的自由振动分析,对于悬索桥这类非线性大位移结构,其动力效应是一种非线性的动力过程。但我们一般认为其在静力平衡位置附近振动,因此把悬索桥的非线性振动近似为在平衡位置附近一定区域内的线性振动。悬索桥为缆索体系结构,在结构受力或者结构自身恒载作用下,缆索处在高度应力状态,在高应力的缆索中结构的面外刚度要大大的受到结构缆索的面内应力结构自重产生的主缆轴向力状态的影响，而这种面内应力和横向刚度之间的耦合称为应力刚化。因此,在悬索桥结构分析中要考虑大变形效应和重力刚度的影响。结构实际上为大变形带预应力的结构体系,在利用有限元进行动力模态分析,一般来说,对于大变形预应力体系进行模态分析,应该按大变形预应力模态求解方法进行分析。

2.4 动力参数分析

影响悬索桥动力特性的因素比较多,主要包括结构的刚度、垂跨比、恒载自重、矢跨比、跨中点的刚结特性等。悬索桥结构参数的变化会引起结构动力特性的改变。结构动力特性是影响结构动力响应的主要原因。桥梁结构参数由于施工和使用中都有可能会产生变化,造成结构与实际设计不相符,从而结构动力性能产

生变化。因此,进行结构各参数变化对悬索桥动力特性影响的研究,一方面可以让我们充分了解各参数对结构动力特性的影响规律,为桥梁结构动力分析的有限元模型修正提供依据,另一方面也可以为动力优化设计提供理论参考

3.总结

地震、台风等是严重危害人类安全的一类自然灾害。对于桥梁工程来说,在地震和台风等作用下,容易造成对桥梁结构物的严重破坏。随着经济发展,人民对交通线路的依赖越来越强,一旦桥梁结构受地震或者风毁,则会导致巨大的直接或间接的经济损失。对于悬索桥这类大跨度的桥梁,其结构特点是跨度大,柔度高,对地震、台风以及车辆移动荷载等动力激励的作用下动力反应较为敏感。研究其结构在风、地震、车辆移动载荷等荷载作用下的动力响应,振动规律,降低动力对结构破坏的作用,是保证动力作用下结构安全的重要预防手段。

参考文献

［1］何恺，郭坤，马亮.提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性措施的效果分析［Ｊ］.世界桥梁，2017，45（03）：69－74.

［2］江志远.大跨度人行悬索桥静动力性能评价［Ｊ］.筑路机械与施工机械化，2017，34（09）：126－130.

［3］吴长青，张志田，吴肖波.抗风缆对人行悬索桥动力特性和静风稳定性的影响［Ｊ］.桥梁建设，2017，47（03）：77－82.

同济大学桥梁工程专业考研

同济大学桥梁工程专业考研 桥梁系在李国豪教授最初建立的传统研究方向：桥梁空间分析和桥梁稳左与振动的基础上，经过长期的发展和向新兴边缘学科转移，目前已形成了覆盖而较大的研究领域，主要研究方向有：桥梁抗震、桥梁抗风、桥梁汁算机辅助设计及专家系统、桥梁健康监测及状态评估、桥梁空间分析及大跨度桥梁、预应力混凝土桥梁、钢与组合结构桥梁、桥梁施工技术与工程控制。 桥梁抗震 研究抗役规程（主要包括现有规范的修改，超大跨桥梁结构抗震指南以及重大工程安全性、耐久性设置标准等）：结构或构件的破坏模式、延性性能：桥梁减丧、隔箴及结构控制研究：考虑各种复杂因素的大跨桥梁空间非线性地震反应分析，桥梁抗震CAD系统，大跨桥梁结构的动力特性及振型耦合：现有桥梁的抗震评估与加固技术。 七十年代末开始结合1976年厲山大地箴进行桥梁抗震研究，先后承担和完成了20多项重要科研项目。主要有：“斜张桥抗风和抗震研究”（城乡部重点科研项目）子项目、“大跨度桥梁非线性稳立分析及抗震抗风设计方法研究”（交通部“七五”重点项目）子项目、“公路工程抗丧设计规范专题研究”（交通部项目，编写组副组长）、“城市高架桥装配新结构的研究及模型试验”（国家“七五”科技攻关项目）子项目一“橡胶支座连续梁桥非线性地箴反应分析”、博士点基金项目等及上海测港大桥、天津永和斜张桥、九江长江大桥、广东九江大桥、上海南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、内环髙架桥、杭州钱江三桥、广东汕头海湾大桥、江阴长江公路大桥、广东虎门大桥等我国绝大部分大跨度桥梁的抗鳶研究项目。近年来，年均承担科研与咨询项目经费100多万元。该方向先后获国家“七五”攻关项目集体荣誉奖、建设部科技二等奖、交通部科技二等奖等。该方向目前已成为国内桥梁抗爲的研究中心。现学术带头人为范立础教授（博士导师）。 桥梁抗风 颤振分析方法研究（包括状态空间法、有限元分析法等）；顾振理论研究（主要为颤振的概率分析理论）；抖振理论研究（包括素流风场中气动导数的识別、气动导纳的识别方法、抖振选型方法、抖振响应谱方法、非线性抖振的时域分析方法、抖振分析的实用工程方法）: 风洞试验技术研究（包括大气边界层风场模拟、髙频测力天平技术的应用）：风振控制理论的研究（主要研究被动TMD对桥梁抖振、颤振、涡振及驰振的控制、半主动控制理论）：大跨桥梁抗风设计方法研究（主要是直接为工程实际服务）：高层建筑、髙耸结构、大跨屋盖结构的风致振动研究及抗风设计方法研究。 自1978年项海帆教授率先在国内开展大跨桥梁抗风研究以来，已承担了国内几乎所有大跨桥梁的抗风研究项目，包括上海南浦大桥、杨浦大桥、铜陵长江大桥、武汉长江二桥、广东汕头海湾大桥、江阴长江公路大桥、广东虎门大桥等，为我国的桥梁建设事业作出了重要贡献。基础理论研究成果有:在桥梁颤振分析方法方而提出了三维颤振分析的状态空间法, 在计算结构动力

大跨度悬索桥的动力特性分析研究

大跨度悬索桥的动力特性分析研究 摘要：悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类型。由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康检测和维护具有十分重要的意义。随着桥梁跨度的增大，加之悬索桥是一种刚度小、变形大的柔性结构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重要的理论意义和工程实际价值。结构刚度是影响悬索桥动力特性的重要因素，本文就加劲梁刚度、索塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等对双塔单跨悬索桥固有频率的影响进行研究。 关键词：大跨度；悬索桥；动力分析 1. 大跨度悬索桥的动力分析的意义 悬索桥的振动特性是悬索桥动荷载行为研究的基础。桥梁结构的振动包括自振频率和振型等,它反映了桥梁结构的刚度和质量分布的合理性,是桥梁结构振动响应分析、抗震设计和抗风稳定性研究的基础。桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼。悬索桥结构在动力激励作用下,在空间上各向振动的振型和频率都是需要的。但一般被分为四种类型:竖向、纵向、横向和扭转振型。然而,实际情况却是一种位移通常会与另外一种位移耦合,特别是竖向位移与纵向位移耦合在一起,横向位移与扭转位移耦合在一起。甚至有时候,四种位移同时耦合在一起。耦合情况决定于结构几何和支撑条件等因素。一阶扭转振动频率与一阶竖向振动频率比值越大,桥梁具有更好的抗风稳定性;桥梁抖振则需要考虑多振型的参与。因此,动力特性分析是桥梁结构动力性能研究的重要内容之一。在悬索桥进入大跨径结构的阶段,其加劲梁的刚度不断地相对减少,当加劲梁的高跨比小于1/300时,采用线性挠度理论分析悬索桥所产生的误差将不容忽视,为此有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中,使悬索桥的分析计算更加精确。基于矩阵位移法的有限元技术能适应解决复杂结构的受力分析,一些有代表性的研究

桥梁结构动力响应分析方法研究

桥梁结构动力响应分析方法研究 桥梁是重要的交通运输基础设施，其结构的稳定性和安全性至 关重要。在桥梁的设计和施工过程中，需要重点考虑桥梁结构的 动力响应问题，以保证桥梁具有良好的振动性能和抗震能力。本 文就桥梁结构动力响应分析方法进行探讨。 一、梁式桥梁动力响应分析 梁式桥梁是一种常见的桥梁结构，在桥梁的工程设计和施工中 得到广泛应用。在进行桥梁动力响应分析时，可以采用有限元方 法进行计算。在有限元计算中，需要确定基本计算模型和计算边 界条件，以便模拟桥梁结构的运动响应。 在梁式桥梁结构的动力响应分析中，主要考虑梁的自振频率和 模态振型。自振频率是指桥梁结构在自由振动状态下的振动频率，是桥梁整体动力响应特征参数之一。模态振型则是指桥梁各振动 模态的振动形态和振动幅度，是桥梁结构动力响应的重要特征之一。 二、拱式桥梁动力响应分析 拱式桥梁是在桥梁结构中常见的一种形式，其具有优美的外观 和稳定的结构性能。在进行拱式桥梁的动力响应分析时，我们需 要考虑桥梁各部位的动态应力响应和位移响应，以评估桥梁的振 动性能和抗震性能。

拱式桥梁的动力响应分析可以采用模态分析方法进行计算。在 模态分析中，我们需要根据桥梁结构的动态特性确定基本计算模型。在模态分析的计算过程中，需要考虑桥梁结构各部位的自振 频率和振型，以确定桥梁各部位的动态响应特征。 三、悬索桥梁动力响应分析 悬索桥梁是一种特殊的桥梁结构，其具有高度的美学和结构性能。在进行悬索桥梁的动力响应分析时，需要考虑桥梁吊索的振 动和转动，以及吊索和塔身之间的作用力和应力分布等问题。 在悬索桥梁的动力响应分析中，可以采用有限元法进行计算。 在有限元分析中，我们需要考虑桥梁结构的动力模型和计算边界 条件，以模拟桥梁结构的运动响应。在计算过程中，我们需要考 虑吊索的自振频率和振型，以及塔身和桥面的动力响应特征。 四、桥梁结构振动控制问题 桥梁结构在运行过程中会受到不同程度的振动影响，从而对桥 梁的稳定性和安全性产生影响。因此，在设计和施工桥梁结构时，需要考虑如何有效地控制桥梁结构的振动，以保证桥梁结构的稳 定性和安全性。 桥梁结构振动控制的方法主要包括主动控制和被动控制。主动 控制是指采用控制设备对桥梁结构进行主动干预，以实现控制桥 梁振动的目的。被动控制则是指采用控制设备对桥梁结构进行被

主梁为开口断面的大跨度桥梁动力特性分析

主梁为开口断面的大跨度桥梁动力特性分析 摘要：大跨度桥梁动力特性分析中，借助大型有限元通用软件ANSYS ，用七自由度梁单元beam188模拟具有开口断面的主梁。分析结果表明，和传统单梁法、三梁法相比，这种改进单梁法不仅能有效模拟结构翘曲刚度、更真实反应桥梁结构的动力特性，而且降低了结构单元数量，为大跨度桥梁抗风、抗震分析奠定基础。 关键词：开口断面主梁；beam188；翘曲刚度；动力特性 Dynamic Analysis of Long-span Bridges with Open-section Girder LIN Tie-liang, HU Feng-qiang, CHEN Ai-rong (State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering ,Tongji University, Shanghai 200092, China) Abstract: In the process of dynamic analysis for long-span bridges, by virtue of ANSYS, a new type of beam element -beam188 is used to simulate girder with open section. The analysis results show that compared with ‘traditional single-beam method ’ or ‘three-beam method ’, the ‘ modified single-beam method ’ could effectively simulate the warping stiffness of girder and really reflect the structural dynamic property of bridges , serving well to further wind-earthquake resistance analysis. Key words: Open-section Girder, Modified Single-beam Method, Warping Stiffness, Dynamic Property 0 引言 目前，在大跨度桥梁中为了减少结构的自重，有时主梁采用开口断面形式[1]。开口断面主梁具有自由扭转刚度较小、翘曲刚度显著的特点[2]。动力特性分析中，针对传统单梁法无法考虑翘曲刚度影响的缺点，曾经提出了多种方法来弥补其中的不足[3]。三梁法近似地考虑了主梁约束扭转刚度的贡献，缺点是对复合材料截面叠合梁体系采取相同一种材料的做法会带来较大误差，而且节点和杆件数太多，模型较为繁杂；梁格体系法适用于π形梁和工字形梁，优缺点和三梁式类似；体单元法能较准确模拟任何结构元素，但其缺点也非常突出，主要是数值计算量太大，所以大型桥梁结构整体分析一般不轻易采用。鉴于此，本文基于ANSYS 这一通用有限元软件，提出用具有翘曲自由度的梁单元—beam188模拟开口断面主梁，并运用到实际桥梁动力分析计算中。 1 基本理论 杆件在外力作用下除可能发生拉伸、压缩、弯曲、扭转这四种基本的变形外，还可能发生翘曲变形。截面扭转包括自由扭转和约束扭转两部分。杆件截面产生自由扭转时，各截面翘曲的程度完全相同，横截面上只有剪应力而无正应力；杆件截面发生约束扭转时，各截面的翘曲变形受到限制，使得横截面上不仅有剪应力，还存在正应力。约束扭转在闭口截面杆件中引起的正应力数值很小，可以忽略不计，因此仍可按自由扭转计算；约束扭转在开口截面杆中引起的正应力则不能忽略。 梁体发生扭转时，是否考虑翘曲变形的影响是设计必须先判定的问题。根据文献[1]中的论述，薄壁断面的翘曲刚度参数k 与梁长l 乘积称为翘曲衰减因子χ。翘曲衰减因子是衡量梁体扭转特征的重要指标。翘曲刚度参数k 定义如下： ω μEI GJ k = ρμI J /1-=

桥梁动力学性能的分析与设计要点

桥梁动力学性能的分析与设计要点 摘要： 本文重点探讨了桥梁动力学性能的分析与设计的关键要点。我们首先回顾了 桥梁动力学的基本理论和模型，然后讨论了桥梁的动态荷载效应和动力响应分析。文章还深入探讨了振动控制和减振技术。在设计部分，我们详细介绍了基于动力 学性能的设计方法，探讨了桥梁结构类型与动力性能的关系，同时还强调了在特 殊环境下的桥梁动力学性能设计。最后，我们讨论了动力学性能验算和评估的方 法和标准。总的来说，这篇文章为桥梁工程师提供了一份全面的指南，旨在提高 桥梁设计的动力学性能。 关键词：桥梁动力学；动态荷载；动力学性能设计；特殊环境设计；动力学 性能验算与评估。 前言： 桥梁作为一种关键的基础设施，其稳定性和耐用性直接影响到人们的出行安 全与效率。在设计和构建桥梁时，桥梁的动力学性能是需要重点考虑的重要因素 之一。对于桥梁动力学性能的深入研究和理解，可以提升桥梁结构的耐久性，提 高其在面临风载、地震等外部动态荷载时的稳定性和安全性。 本文详细讨论了桥梁动力学性能的分析与设计的核心要点。文章首先回顾了 桥梁动力学的基本理论和模型，包括动力学基本原理和桥梁结构的动力学模型。 接下来，动态荷载效应、动力响应分析、振动控制和减振技术等关键问题进行了 深入的研究和讨论。在设计部分，本文提供了基于动力学性能的设计方法，详细 解释了桥梁结构类型与动力性能的关系，以及在特殊环境下的桥梁动力学性能设 计策略。最后，动力学性能的验算和评估的方法和标准也进行了系统的介绍。 希望为桥梁设计师、工程师、学者等相关人员提供一个全面深入的桥梁动力 学性能的分析与设计的参考和指南。通过本文，读者可以更深入地理解桥梁动力

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桥梁结构的静力与动力分析方法引言： 桥梁作为人类最重要的交通工程之一，承载着人们的出行需求，具有重要的经济、社会和文化意义。而桥梁的设计与施工过程中，静力与动力分析方法的运用则至关重要。本文将探讨桥梁结构静力与动力分析方法的原理、优势以及具体应用。一、静力分析方法 静力方法是桥梁设计中最基本的分析方法，根据结构静力学原理，通过求解结 构内力和变形，确定桥梁的受力状态。静力分析方法适用于比较简单的桥梁结构系统，如简支梁、悬链线以及简单连续梁等。其基本思想是将桥梁结构看作刚体，根据平衡条件和支座约束关系，推导出结构的力学方程，并求解得到内力和变形。静力分析方法具有计算简便、结果准确等优点，部分结构仍然可以应用于工程实践中。 二、有限元法 有限元法是一种现代化的计算方法，广泛应用于桥梁结构的静力与动力分析中。有限元法将复杂结构离散为许多小单元，通过有限元单元的力学方程及其边界条件，建立整个结构的力学模型，进而进行计算与分析。有限元法不再依赖于结构的简单性，适用于各种复杂的桥梁结构形式。当桥梁结构形状、材料特性和荷载情况变得复杂时，有限元法具有更高的计算准确性和精度。 三、斯坦福大桥案例 为了探究静力与动力分析方法在实践中的应用，我们以美国斯坦福大桥为例。 斯坦福大桥是一座具有代表性的悬索桥，采用了大跨度和高塔楼的设计方案。在桥梁设计中，斯坦福大桥不仅需要考虑自重和行车荷载，还需要考虑地震和风荷载等动力因素。此时，传统的静力分析方法已经无法满足工程要求。

因此，斯坦福大桥设计团队采用了有限元法来进行静力和动力分析。首先，通 过建立桥梁的有限元模型，考虑结构的刚度、材料特性以及荷载情况，得到结构的内力和变形情况。接下来，引入地震和风荷载等动力因素，通过时程分析和频率分析等方法，分析结构在不同荷载作用下的响应特性，确保桥梁的安全性和稳定性。 四、结构健康监测 除了设计阶段的分析方法，静力与动力分析方法还广泛应用于桥梁的健康监测 领域。随着桥梁使用年限的增长，结构的疲劳、腐蚀和变形等问题逐渐凸显。静力与动力分析方法可以实时监测桥梁的工作状态，及时发现结构的损伤和缺陷，并采取相应的修复和加固措施。 结构健康监测使用了多种传感器和仪器，如加速度计、应变计和传感器网络等，采集桥梁的振动和变形数据。通过对数据的处理和分析，可以预测桥梁的结构性能、安全性和服务寿命。静力与动力分析方法的应用为桥梁的管理和维护提供了重要的技术支持，有效提高了桥梁的运行安全性和可靠性。 结论： 桥梁结构的静力与动力分析方法在设计与施工过程中具有重要作用。静力分析 方法适用于简单结构，具有计算简便、结果准确的优点。而有限元法适用于复杂结构，计算准确性更高。通过斯坦福大桥案例，我们可以看到有限元法在静力和动力分析中的优势和应用。同时，静力与动力分析方法在桥梁健康监测中也发挥了重要作用，提高了桥梁的运行安全性和可靠性。随着科技的不断进步，静力与动力分析方法的应用将会越来越广泛，并为桥梁行业的发展提供更多的技术支持。

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强风下高铁连续梁桥最大双悬臂状态抖振 时域分析 预应力混凝土连续梁桥具有行车平稳、跨越能力大等优点,广泛应用于公路、铁路建设中,成为高铁建设中跨河、跨既有线等障碍的主要桥型.随着交通强国等国家重大战略的推进,大批高铁连续梁桥将建设于华东、华南等强风多发区.为减小桥梁建设对桥下通行、农业生产等的影响,高铁连续梁桥常采用悬臂法施工[2].在此期间,桥梁长期处于墩梁临时固结的长悬臂状态,结构刚度较小,风敏感性加剧,最大双悬臂状态下结构的抗风性能大幅降低[3].因此,需要对双悬臂状态连续梁桥开展抗风安全性能分析,以保证施工期人员、器械和桥梁结构的安全,从而有效控制施工风险. 桥梁结构在风荷载作用下会产生多种风致振动,其中颤振、驰振和涡激共振可以通过在桥梁构件的气动外形优化设计予以避免,但脉动风引起的抖振却无法避免.长期持续的抖振会影响桥梁施工精度,严重时可能引起结构体系破坏.在桥梁抖振分析方面,Davenport首先将概率统计方法推广应用于桥梁抖振响应分析,搭建了经典桥梁风致抖振分析框架.Scanlan引入自激力完善了桥梁风致抖振分析理论,形成了经典桥梁风致抖振频域分析框架.在此基础上,国内外学者针对斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁抖振分析开展了大量工作,逐步实现了大跨度桥梁非平稳、非线性抖振时频域分析.在混凝土桥梁施工期抖振分析方面,韩艳等进行了连续刚构桥平衡悬臂施工阶段的抖振时域分析研究.然而,连续梁桥施工期处于墩梁临时固结状态,其结构刚度与连续刚构桥相比较小,受风荷载的影响尚不明确,且台风等极端风环境下桥梁的抖振问题愈加突出,故需对处于强风多发区的大跨度高铁连续梁悬臂施工阶段的抖振响应进行有效分析及预测.

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大跨度四塔悬索桥动力特性参数敏感性分析 王浩;杨敏;陶天友;李爱群 【摘要】为了深入研究大跨度多塔悬索桥的动力特性，基于 ANSYS 软件建立了某大跨度四塔悬索桥的三维有限元模型，采用 Block Lanczos 法进行模态分析，以获得该桥的自振频率和振型，并分析了主缆矢跨比、恒载集度、主梁刚度以及中塔刚度等结构关键参数对其动力特性的影响．结果表明：该桥基频为0．07171 Hz，对应振型为主梁一阶正对称侧弯；增大矢跨比有利于提高大桥颤振性能；随着恒载集度的增加，结构各阶自振频率均有不同程度的下降；增大主梁横向和扭转刚度可分别提高主梁侧弯和扭转频率，而增大主梁竖弯刚度对主梁竖弯频率影响较小；主梁一阶竖弯频率随着中塔纵向刚度的增大而显著提高．研究结果可为大跨度多塔悬索桥的结构设计与动力分析提供参考．%To investigate the dynamic characteristics of long-span multi-tower suspension bridges, the three-dimensional finite element model for a long-span quadruple-tower suspension bridge is es-tablished by ANSYS.Modal analysis is carried out by using the Block Lanczos method to obtain the natural frequencies and the mode shapes of the bridge.And the effects of the key structural parame-ters,including the sag-to-span ratio,the dead load,the stiffness of the main girder,and the rigidity of the mid-pylon,on the dynamic characteristics are analyzed.The results indicate that the funda-mental frequency of the bridge is 0.071 71 Hz and the corresponding vibration mode is the first sym-metric lateral bending mode of the main girder.The increase of the sag-to-span ratio can improve the flutter performance.With the increase of the dead load,the natural frequencies decrease with differ-

一般力学与力学基础的悬索桥分析方法

一般力学与力学基础的悬索桥分析方法 悬索桥是一种以悬吊物体（如钢索）为主要构件，通过锚固在两端并形成拱形曲线支撑桥面的特殊桥梁结构。悬索桥在现代桥梁设计中占据重要地位，广泛应用于大跨度桥梁的建设。为了确保悬索桥的安全性和稳定性，一般力学与力学基础的分析方法被广泛运用于悬索桥的设计和施工中。 一、载荷分析 悬索桥承受着来自桥面荷载、行车荷载、风荷载和温度荷载等多种荷载。为了准确分析悬索桥的受力情况，首先需要进行载荷分析。通过测量和分析桥梁所受到的各种荷载，可以确定悬索桥的最大荷载，进而设计合适的结构以满足荷载要求。 二、结构力学分析 悬索桥的结构力学分析是确定桥梁各部分的内力和变形，以评估结构的可靠性和安全性。分析时需考虑到桥梁的自重、外力作用、桥梁材料的力学特性等因素。通过应力分析和变形分析，可以确定各部分的受力情况，从而为结构设计和加固提供依据。 三、模型建立 悬索桥的结构分析离不开准确的模型建立。模型建立涉及桥梁的几何形状、材料特性、约束条件等。在建立模型时，可以采用有限元方法等数值分析方法，将复杂的桥梁结构简化为节点和单元，通过计算机模拟桥梁受力过程，得出各部分的应力和变形情况。

四、钢索分析 悬索桥的主要构件是钢索，因此钢索的分析与设计至关重要。在钢索的分析中，需要考虑到钢索的受力特点、工作状态和疲劳寿命等因素。通过对钢索的应力分析和疲劳寿命评估，可以确保悬索桥的安全性以及钢索的使用寿命。 五、动力分析 悬索桥在运行过程中会受到各种动力荷载的作用，如行车荷载引起的振动、风荷载引起的横向摆振等。为了确保桥梁在运行状态下的稳定性，需要进行动力分析。通过对悬索桥的振动频率、振型和振幅等参数的分析，可以得出相应的动力响应，为工程师提供重要参考。 综上所述，一般力学与力学基础的悬索桥分析方法是确保悬索桥结构安全性和稳定性的重要手段。通过结合载荷分析、结构力学分析、模型建立、钢索分析和动力分析等方法，可以全面评估悬索桥的结构性能，并提供科学依据以指导工程设计和施工。这些分析方法的准确应用，有助于保障悬索桥工程的质量和可靠性。

祁家黄河大桥受力性能分析

祁家黄河大桥受力性能分析 祁家黄河大桥受力性能分析 引言： 祁家黄河大桥是中国河南省一座重要的公路桥梁，也是世界上跨越黄河最长的公铁两用悬索桥。本文旨在对祁家黄河大桥的受力性能进行分析，以便更好地了解该桥的结构和安全性能。 一、桥梁概述： 祁家黄河大桥位于中国河南省南阳市祁阳县，全长 4.62千米，主跨1156米。该桥由主塔、悬索索塔和墩台等主要部分组成，采用了大跨度悬索桥的设计方案。桥面上部结构由混凝土连续箱梁和钢结构组成，具有较好的刚度和稳定性。 二、受力特点： 1. 垂直荷载：主要由自重、交通荷载和桥面活载组成。由于 桥梁的主跨较长，因此自重荷载对整体受力性能影响较大。 2. 横向荷载：主要由弯矩和剪力引起。由于桥梁为悬索桥， 悬索索塔的强度和稳定性对于抵抗横向荷载至关重要。 3. 纵向荷载：主要由温度、弯矩和桥面沉降引起。由于桥梁 的温度变化以及施工和使用过程中的变形等因素，会引起桥梁的纵向应力和位移。 三、受力计算： 1. 自重效应：自重荷载对桥梁的受力性能有很大影响，需要 进行准确的计算。通过对桥梁结构进行划分，然后根据材料的密度和截面形状计算每个构件的自重，最后求和得到整体自重。 2. 活载效应：根据公路和铁路的设计标准，计算车辆和列车 荷载对桥梁的影响。考虑到车辆或列车的数量、速度以及荷载分布情况，结合桥梁的刚度和动力响应分析，得到桥梁的最不

利荷载。 四、抗震设计： 为确保桥梁在地震时的安全性，祁家黄河大桥进行了充分的抗震设计。根据地震的设计参数和桥梁的特性，通过有限元分析和试验验证，确定了桥梁的抗震设计方案。该方案包括增加涵洞和墩台的稳定性，采用桥梁抗震隔震装置等措施。 五、结构安全评估： 为了确保桥梁在使用过程中的安全性，对祁家黄河大桥进行了定期的结构安全评估。通过对桥梁结构的外观检查、材料检测、内部损伤检测等手段，评估桥梁的结构完整性和承载能力。同时，还对桥梁进行了传感器监测，以实时获取桥梁的变形、振动等数据。 六、结论： 通过对祁家黄河大桥的受力性能进行分析，我们可以更好地了解该桥的结构特点和安全性能。桥梁受力计算和抗震设计是确保桥梁安全的重要手段，而结构安全评估能够及时发现问题并采取相应的维修和加固措施。祁家黄河大桥作为一座伟大的工程，为我们研究和设计更安全可靠的桥梁提供了宝贵的经验 综上所述，通过对祁家黄河大桥的受力性能分析和抗震设计，我们可以得出以下结论。首先，桥梁的自重是桥梁结构的基本荷载，其计算是桥梁设计的重要一环。其次，考虑到车辆和列车的数量、速度以及荷载分布情况，根据桥梁的刚度和动力响应分析，可以得到桥梁的最不利荷载。此外，桥梁的抗震设计方案包括增加涵洞和墩台的稳定性以及采用桥梁抗震隔震装置等措施，以保证桥梁在地震时的安全性。最后，定期的结构安全评估通过外观检查、材料检测和传感器监测等手段，评

悬索桥的动力特性与控制

悬索桥的动力特性与控制 悬索桥作为一种具有独特结构形式和杰出设计的桥梁，其动力特性 和控制对于桥梁的安全性和稳定性具有重要意义。在这篇文章中，我 将从工程专家的角度出发，对悬索桥的动力特性进行分析，并讨论如 何控制并有效地减少这些动力特性所带来的负面影响。 首先，我们需要了解悬索桥的动力特性。悬索桥由主悬索、斜拉索 和主塔组成，主塔起到支撑主悬索和斜拉索的作用。悬索桥在使用过 程中会受到来自风载荷、交通荷载和自重荷载等外力的影响。其中， 风载荷是最主要的影响因素之一。 风载荷可能引起悬索桥的自振和共振现象，从而对桥梁的安全性和 稳定性造成威胁。在风速较大或风向不稳定的情况下，悬索桥可能出 现龙骨式振动或主悬索横向振动等现象。这些动力特性会导致桥梁的 振幅增大、结构形变和应力集中，严重时甚至会引发桥梁的破坏。 为了控制悬索桥的动力特性，我们需要采取一系列措施。首先，设 计师在设计悬索桥时需要充分考虑风荷载的影响，并通过模型试验和 数值模拟等手段进行风效应分析。这样可以在设计阶段就确定悬索桥 的结构形式、刚度和阻尼等参数，以减少风荷载对桥梁的影响。 其次，我们可以利用风洞试验等方法来评估悬索桥的风荷载响应。 通过在实际风场中测量风速和风向，然后对悬索桥进行模型缩尺试验，可以获得悬索桥在不同风速和风向下的响应特性。这有助于识别悬索 桥的共振现象并优化桥梁结构。

此外，我们还可以在悬索桥的斜拉索上设置风挡板或减振器等装置。这些装置可以改变悬索桥的气动特性，减少风荷载对桥梁的影响，并 增加桥梁的稳定性。 除了风荷载，交通荷载也是悬索桥动力特性的重要因素。悬索桥在 使用过程中会受到来自车辆和行人等交通荷载的影响，这会引起桥梁 的振动和变形。为了控制这些动力特性，我们需要对悬索桥进行疲劳 和振动分析，并在设计阶段采取合适的措施来减小振幅和应力集中。 例如，可以在悬索桥的主塔和主悬索之间设置阻尼器或减振装置。 总结起来，悬索桥的动力特性和控制是保证桥梁安全性和稳定性的 关键因素。为了有效控制悬索桥的动力特性，我们需要在设计阶段充 分考虑风、交通等荷载的影响，并在施工阶段采取一系列措施来减少 桥梁的振动和变形。通过合理的设计和控制手段，我们可以将悬索桥 的动力特性控制在合理范围内，确保桥梁的安全和可靠运行。

大跨径小矢跨比人行悬索桥力学性能分析研究

大跨径小矢跨比人行悬索桥力学性能分析研究 黄明金 【摘要】人行悬索桥相比公路悬索桥而言,桥面宽度较窄,结构整体刚度小,属于大跨径柔性结构.国内外大多数悬索桥的矢跨比都在1/12～1/9之间,人行悬索桥考虑到景观效果要求,因此可能设计成小矢跨比悬索桥.为了研究小矢跨比人行悬索桥的受力性能,该文以1/16小矢跨比景区大跨径人行悬索桥为研究对象,通过美国大型通用高级非线性有限元软件MSC.Marc建立了主跨416m人行悬索桥三维空间有限元分析模型,研究了小矢跨比下人行悬索桥结构受力性能.分析结果表明,小矢跨比人行悬索桥在一定程度上影响结构整体刚度的变化,得出在不同荷载作用效应下结构受力性能规律,并且在景区修建小矢跨比人行悬索桥是可行的,研究结论可为柔性人行悬索桥的合理设计提供一定参考依据. 【期刊名称】《重庆建筑》 【年(卷),期】2019(018)001 【总页数】3页(P58-60) 【关键词】人行悬索桥;MSC.Marc有限元模型;单跨悬吊结构体系;荷载作用;小矢跨比 【作者】黄明金 【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074 【正文语种】中文 【中图分类】U448.25;U443.38

0 引言 现代人行悬索桥自修建以来，大部分的人行悬索桥多参考公路悬索桥设计规范[1] 和标准，然而人行悬索桥与公路悬索桥在力学性能等方面存在一定区别，悬索桥矢跨比是该类桥型的一个极其重要的结构参数，合理确定人行悬索桥矢跨比应当引起重视。周绪红等[2]研究了大跨径自锚式悬索桥的受力分析，表明了地锚式悬索桥 与自锚式悬索桥的不同力学性能；唐茂林等[3]研究了不同矢跨比对悬索桥受力的 影响分析；江南等[4]研究了矢跨比对结构刚度的影响；王浩和李爱群等[5]研究了 中央扣对大跨悬索桥动力特性的影响；孙胜江等[6]对四渡河特大跨悬索桥动力特 性进行了分析；万田保[7]对张家界大峡谷玻璃悬索桥进行了设计关键技术研究。 悬索桥矢跨比多数集中在1/12～1/9之间，见表1所示，并没有涉及到小矢跨比 悬索桥这种结构体系的研究，而且人行悬索桥研究成果较少，因此本文依托某景区大跨径人行悬索桥研究该类桥梁结构受力性能。 1 工程背景 某人行悬索桥采用主缆单跨悬吊钢管桁架结构体系，加劲梁主跨381.6m，跨中桥面宽度3.6m，线性变化到桥头桥面宽度5.2m。主缆、吊索采用平行镀锌钢丝束，主缆跨径416m，主缆矢跨比1/16；吊索间距7.2m，目前大多数吊索间距为2～5m，已建的同类桥没有这种间距的吊索；加劲梁为1.2m高钢管桁架结构，每标 准节段为吊索间距7.2m，该桥结构布置图如图1所示。风缆主索和拉索采用镀锌钢丝绳。桥面采用钢化玻璃桥面板，且桥梁宽度较窄，整体刚度小，合理的结构体系极其重要。 表1 世界悬索桥矢跨比大跨径悬索桥名称国家主缆跨度/m 矢高/m 矢跨比张家 界人行玻璃桥中国 430 43 1/10天蒙人行悬索桥中国 420 35 1/12明石海峡大 桥日本 1991 197 1/10金门大桥美国 1280 143 1/8.9福斯大桥英国 1006 91

大跨度桥梁的自振频率分析

大跨度桥梁的自振频率分析 桥梁作为一种重要的交通设施，承载着人们的出行需求。而在大跨度桥梁的设 计和施工中，自振频率的分析是一项关键任务。本文将对大跨度桥梁自振频率的分析进行探讨。 一、大跨度桥梁自振频率的意义 桥梁的自振频率是指桥梁在自由振动状态下的特征频率。了解桥梁的自振频率 能够帮助工程师判断桥梁的稳定性和安全性。如果桥梁在风荷载、地震等外力作用下频率接近自身的自然频率，就容易发生共振现象，引发结构破坏，对桥梁的使用安全造成威胁。 二、大跨度桥梁自振频率的计算方法 大跨度桥梁的自振频率计算方法有两种：解析法和数值法。 解析法是基于桥梁的动力学原理和结构简化模型，进行频域分析和时间域分析，计算出桥梁的自振频率。这种方法适用于结构简单的桥梁，计算结果准确可信。然而，对于大跨度桥梁复杂的结构体系，解析法往往难以应用。 数值法是借助计算机进行桥梁动力特性的计算，通过有限元分析等数值方法， 将桥梁的结构划分为离散的单元，在计算机上模拟结构的动力响应，得出自振频率。数值法相对解析法而言，适用面更广，可以灵活应对不同结构的计算需求。 三、大跨度桥梁自振频率的影响因素 大跨度桥梁的自振频率受到多种因素的影响。 1. 结构材料：不同材料的桥梁，由于密度、弹性模量等物理性质的差异，其自 振频率也会有所不同。

2. 结构形式：桥梁的结构形式对其自振频率也有较大影响。例如，悬索桥和梁桥相比，悬索桥的自振频率更高。 3. 桥梁跨度：大跨度桥梁的自振频率相对较低，因此在设计大跨度桥梁时需要给予足够的注意。 4. 动力荷载：风荷载和地震荷载等动力荷载会对桥梁的自振频率产生一定的影响。 四、大跨度桥梁自振频率的控制方法 为了控制大跨度桥梁的自振频率，减少桥梁共振的可能性，设计中可以采取以下措施： 1. 结构加固：合理调整桥梁的结构形式、结构材料，增加梁的刚度和强度，以提高自振频率。 2. 风洞试验：通过在设计过程中进行风洞试验，了解设计桥梁在不同风速下的响应特性，优化结构设计。 3. 地震动响应分析：在地震区设计桥梁时，进行地震动响应分析，确保桥梁在地震荷载下的稳定性。 4. 主动控制技术：通过在桥梁结构中引入主动控制装置，实时调整结构的刚度和阻尼，提高桥梁的抗震性能和自振频率。 五、总结 大跨度桥梁的自振频率分析是桥梁设计中的重要环节。了解自振频率有助于评估桥梁的安全性，减少共振风险。通过解析法和数值法，可以准确计算桥梁的自振频率。而结构材料、结构形式、桥梁跨度和动力荷载等因素都会影响桥梁的自振频率。在设计大跨度桥梁时，采取适当的控制方法，可以提高桥梁的自振频率和整体安全性。

独塔异形悬索桥静力及动力性能分析

独塔异形悬索桥静力及动力性能分析 独塔异形悬索桥静力及动力性能分析 引言： 悬索桥作为现代桥梁工程中一种重要的桥梁形式，在跨越河流、峡谷等场地中起到了巨大的作用。而独塔异形悬索桥是悬索桥中一种较为特殊的形式，它以其独特的结构形态和卓越的技术性能而备受瞩目。本文旨在对独塔异形悬索桥的静力及动力性能进行深入分析，以期对其设计、建造和运行提供参考和指导。 一、独塔异形悬索桥的结构形态 独塔异形悬索桥采用了一根主悬索和多根斜拉索交织组成的结构形式，主悬索呈S型或Z型，塔身造型独特，整体形态美观大方。该桥悬索设计在主悬索两侧布置了多根辅助悬索，这种设计赋予了悬索桥更高的刚度和抗风性能。通过这种结构形态的优化设计，独塔异形悬索桥能够充分发挥材料的强度和刚度特性，同时确保桥梁的稳定性和安全性。 二、独塔异形悬索桥的静力分析 1. 荷载分析：独塔异形悬索桥在承受荷载时，主要考虑自重、活载和风荷载等因素。通过深入分析桥梁所受荷载的大小及分布情况，可以计算出主悬索、斜拉索和塔身等结构元件的内力和应力状况。 2. 内力计算：根据悬索桥的静力平衡条件，可以采用等 截面法对独塔异形悬索桥的内力进行计算。通过等截面法，可以有效地计算各个结构元件受力情况，包括主悬索的受力状态、塔身的内力分布等。 3. 力学稳定性分析：独塔异形悬索桥中主要考虑桥塔和 主悬索的稳定性。通过分析主悬索与斜拉索、塔身等之间的相

互作用，可以确定桥梁的力学稳定性。这包括塔身的倾覆稳定性、主悬索的锚固稳定性等。 三、独塔异形悬索桥的动力分析 1. 风振分析：独塔异形悬索桥在面对风荷载时容易发生颤振 现象，因此风振分析是非常重要的一项工作。通过数值模拟和试验方法，可以得到桥梁在不同风速下的振动频率和振幅，以及桥梁的阻尼等重要参数。 2. 地震响应分析：独塔异形悬索桥作为一种重要的交通 设施，需要在地震发生时保证其结构的安全性和可靠性。通过模拟地震波的输入，可以对桥梁的地震响应进行分析，并评估桥梁结构在地震作用下的可靠性。 3. 荷载响应分析：在桥梁设计中，需要考虑桥梁在正常 使用过程中的荷载响应情况。通过对各种荷载情况下的桥梁振动特性进行分析，可以评估桥梁的动态性能，包括振动频率、振型等。 结论： 独塔异形悬索桥在结构形态上具有独特的设计和创新，同时在静力和动力分析过程中也展现出了许多优异性能。通过对其静力和动力性能的深入研究，可以更好地指导悬索桥的设计与施工，并进一步提高悬索桥的使用性能。对于未来的桥梁工程发展，独塔异形悬索桥将在桥梁工程中继续发挥其独特的优势，为人们提供更加安全便捷的交通运输 独塔异形悬索桥是一种具有独特设计和创新的悬索桥形态，通过对其静力和动力性能的深入研究，可以更好地指导悬索桥的设计和施工，并进一步提高悬索桥的使用性能。在静力分析中，需要考虑塔身的倾覆稳定性和主悬索的锚固稳定性等因素。

新型应急悬索桥动力特性分析

新型应急悬索桥动力特性分析 杨磊;邵飞;江克斌 【摘要】以提出的新型应急悬索桥为研究背景,基于ANSYS软件对应急悬索桥的动力特性进行分析,并分析矢跨比、主缆刚度、吊杆刚度、加劲梁刚度以及不同结构措施方案对桥梁结构动力特性的影响.研究结果表明:可通过增大矢跨比来增大结构竖向刚度;主缆轴向刚度对新型应急悬索桥扭转刚度和竖弯刚度影响较大;随吊杆刚度增大,桥梁结构纵向刚度及竖向刚度增大;单独增大加劲梁刚度对竖弯刚度的增大作用较小,但可以显著增加侧弯和扭转刚度.斜拉抗风缆方案侧弯刚度较大,水平交叉索可增大结构侧向刚度,交叉索方案对结构竖向刚度影响较小,但对结构扭转刚度增大较多;中央扣对结构侧向、竖向、扭转刚度影响较小. 【期刊名称】《国防交通工程与技术》 【年(卷),期】2019(017)001 【总页数】5页(P12-16) 【关键词】应急悬索桥;动力特性;振动频率;参数分析 【作者】杨磊;邵飞;江克斌 【作者单位】陆军工程大学野战工程学院,江苏南京210007;陆军工程大学野战工程学院,江苏南京210007;陆军工程大学野战工程学院,江苏南京210007 【正文语种】中文 【中图分类】U441.3;U448.19

桥梁结构动力特性的主要参数包括自振频率、振型和模态质量，动力特性能够反映出桥梁结构的刚度和刚度分布是否合理，对于桥梁结构抗风设计和抗震设计至关重要[1] 。肖勇刚[2] 利用MIDAS Civil软件对某大跨度单跨悬索桥进行动力特性的参数分析，结果表明桥梁结构振动频率主要与主缆刚度、主梁刚度有关，主塔和吊杆刚度对其影响较小。王浩等[3] 对大跨度四塔悬索桥动力特性进行分析，并对关键参数的动力特性影响进行分析。梅葵花等[4] 通过查阅桥梁规范发现，桥梁结构的抗风稳定性与结构的竖弯基频和扭转基频有关，随竖弯基频和扭转基频的增加而增加。张新军等[5-7] 对碳纤维悬索桥抗风稳定性进行了详细研究，认为采用碳纤维索的悬索桥扭转频率提高很多，致使颤振临界风速增大。低阶扭转和竖向振型是诱发桥梁结构发生颤振的主要振型，研究表明，扭转基频与竖弯基频的比值即扭弯比越大，桥梁结构的抗风性能越好[8] 。郭辉等[9] 总结国内外主要大跨度斜拉桥的动力特性，分析大跨度斜拉桥自振频率和振型特征的规律，参考规范，对于斜拉桥自振频率计算提出修正建议。 新型应急悬索桥是一种新型应急装备，具有架设速度快、跨度大等优点。为满足快速机动要求，主缆采用轻质高强SPECTRA索，主梁结构均采用轻质铝合金材料，主梁为铰接式连接方式，这些因素都会对全桥结构的刚度产生影响，使桥梁结构风致振动、车桥耦合振动等问题具有研究意义，而动力特性是这些问题研究的基础，因此，对应急悬索桥的动力特性进行参数分析十分必要。本文借助有限元分析软件ANSYS对应急悬索桥的动力特性展开细致研究，分析主要结构参数及结构措施方案对应急悬索桥动力特性的影响。 1 应急悬索桥方案 为保障大跨度应急抢险等机动工程问题，提出新型应急悬索桥方案。该桥型主要由缆索系统、主梁、塔架和锚碇系统组成，可保障履带式35 t、轮式荷载轴压力13

人行桥动力特性及节段模型设计计算精

1、节段模型设计参数初步估算 主梁自重：2* (0.0283426*7.85+0.508297*2.5 ) =2.986 T/m 横梁自重：3.4* (0.0195508*7.85+0.185889*2.5 ) /5=0.420 T/m 二期恒载(桥面玻璃板、护栏、玻璃夹具与托架、人行道抗滑橡胶层 以及其它拼接附属件)集度：0.713T/m 合计：0.713+2.986+0.420=4.119T/m 假定悬索桥一阶竖等效模态质量与主梁物理质量一致，那么等效质量约为：4.119T/m 以实桥节段长度L=30.8m缩尺比为1/20制作刚性节段模型，那么模型的长宽比为30.8/6=5.13，其它模型参数的取值如表1所示： 表1节段模型设计参数估算值 参数名称单位实桥值相似比模型值主梁长度m301:20 1.54主梁宽度m61:200.3主梁高度m0.601:200.03

等效质量kg/m41191:20 210.3 依此计算，缩尺节段模型的控制质量为 1.54*10.3=15.9kg 2.全桥结构动力特性分析 利用ANSYS建立峡谷人行桥成桥模型，其中：主梁及桥梁均采用梁单元模拟，吊杆及主缆采用链杆单元模拟，桥面板及其它二期恒载仅计入结构自重且没有任何刚度贡献。 对上述有限元模型进行动力特性分析，表2及图1-图11分别列出了模型前10阶振 型，表2则列出了与节段模型风洞试验相关的主要振型、频率及等效质量参数。通过判断， 第1阶模态变形以侧弯为主，故选取了具有同样对称性的第3、8阶自振频率作为竖弯、扭转频率。 表2人行桥前10阶振型 序号频率（Hz振型描述 10.20267主梁一阶对称侧弯、扭转耦合振型 20.210583主梁一阶反对称竖弯 30.258624主梁一阶对称竖弯 40.33809主梁一阶对称竖弯及主缆横向对称摆动

大跨度悬索桥强地震一致激励分析

大跨度悬索桥强地震一致激励分析 摘要：本文首先研究了地震一直激励的基本原理，以一座三塔两跨大跨度悬索 桥为工程背景，利用有限元软件ANSYS建立全桥模型，研究该座桥梁的自振特性。同时，对全桥模型输入汶川地震波，研究该悬索桥在汶川地震波一直激励作用下 跨中、塔顶等位置位移的时程变化。 关键词：大跨度悬索桥；一直激励 地震动包括一致激励和多点激励，对于跨度较小的结构体系而言，采用一致 激励进行地震分析即可满足工程需要。但对于大跨度悬索桥，由于其跨度很大， 受地震波传播速度影响，支座各点处的地震波会产生相位差，使其承受多点地震 激励。本文主要分析大跨度悬索桥在地震一致激励下的响应，为大跨度悬索桥地 震多点激励响应分析作参考。对于大跨度悬索桥强地震一致激励响应分析，本文 以某大桥作为算例，采用地震波加速度输入法进行计算。 1.地震激励的计算原理 地震地面运动下，大跨度悬索桥动力响应的分析模型主要分两种：一致加速 度输入和直接位移输入模型。对一个与地面刚性连接的离散单元的结构体系，在 地震作用下的动力平衡方程可以表达为： 2.2．某大跨度悬索桥空间有限元计算模型 本文采用有限元分析软件ANSYS，建立该大跨度悬索桥空间有限元模型，模 型各个部分采用的单元情况介绍如下： BEAM4单元：可以承受拉、压、弯、扭作用。本文模型中，加劲梁、中塔上 塔钢塔柱采用BEAM4单元建立， BEAM188单元：可以承受拉、压、弯、扭作用。本文模型中，边塔、中塔下 塔混凝土塔柱建立BEAM188单元。实现连续线性的变截面。 LINK10单元：仅受拉单元，本文模型中，主缆、吊索采用LINK10单元。通 过对主缆、吊索各个单元施加不同的初应变实现仅受拉的要求。 MASS21单元：具有6个自由度的点单元，即x、y、z方向的移动和x、y、z 方向的转动。 2.3.某大跨度悬索桥自振特性分析 结构动力分析中，起控制作用的一般是结构前几阶自振频率及振型，所以本 文只给出该大跨度悬索桥前几阶自振频率及振型。在ANSYS有限元软件中对该大 跨度悬索桥进行模态分析，计算模态数取为40。下表给出了该大跨度悬索桥前 20阶模态的自振频率。图为前阶振型图。 3．一直激励结果及分析 由研究结果分析表明，在纵向激励下结构主要是纵向位移和竖向位移较大， 在横向激励下结构主要是横向位移和竖向位移较大，在纵向+竖向激励下结构主 要是纵向位移和竖向位移较大，在三向激励下结构各个方向的位移都有。图5、 图6、图7、图8列出了加劲梁跨中、主缆跨中、边塔塔顶和中塔塔顶控制截面 在受到一致激励下影响比较大的位移时程图。