采用Ernst公式计算斜拉桥拉索振动特性的精度分析

斜拉桥拉索的动力特性是建立在斜拉桥的静力分析的基础上的.在静力分析中,几何非线性明显的索经常通过Ernst公式线性化成二力杆,但是,在动力分析中,很少有人研究过Ernst公式的精度.编制了基于弹性悬链线单元的斜拉索的非线性有限元分析程序,该程序可以一根索的任何一个参数值为已知条件来确定索的状态,研究了斜拉索不同张拉阶段索的频率和振型特性,并比较了Ernst公式计算拉索动力特性的精度和适用范围.     

单索面斜拉桥颤振稳定性分析

单索面斜拉桥具有桥面视野开阔等优点,但是由于拉索不能提供抗扭刚度,所以这类斜拉桥的稳定性问题就比较突出。本文以吉林兰旗松花江大桥为背景,对该大跨度单索面斜拉桥的动力特性、抗风和颤振稳定性特别是施工阶段最大双悬臂状态的颤振稳定性进行了分析。首先通过反应谱法对全桥有限元模型进行动力特性分析,得到自振频率及其各阶振型等参数,然后进行颤振稳定性分析验算。分析结果表明,该桥无论是在最大双悬臂状态还是在成桥状态下,都十分安全。本文分析计算方法可供单索面斜拉桥的抗风设计参考。     

拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响

为了研究地震作用下斜拉桥拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响,采用桁架单元模拟斜拉索,考虑拉索垂度效应,基于OpenSees平台建立了考虑成桥状态及拉索松弛的全桥有限元模型,输入5条强震记录进行地震反应分析,探究了斜拉索松弛及其对斜拉桥关键部位地震反应的影响规律。结果表明:强震作用下独塔斜拉桥的拉索会产生松弛,但拉索松弛现象仅发生在部分边索中;拉索松弛对最不利受力索的位置和最大索拉力影响可以忽略;拉索松弛可能增大也可能减小结构地震反应,其影响不可忽略且受地震动的频谱影响较大,应引起设计的注意。     

单索面混凝土矮塔斜拉桥的动力特性

以厦门银湖矮塔斜拉桥为例,通过引入拉索自振频率影响度的概念,分析了拉索的存在对矮塔斜拉桥自振特性的影响,探讨了矮塔斜拉桥的自振特性与相应连续梁桥(或刚构桥)的区别;在分析矮塔斜拉桥地震反应的基础上,通过引入振型贡献率的概念,分析了高阶振型对矮塔斜拉桥动力性能的影响;分析了矮塔斜拉桥的振型耦联效应。最后首次较全面地总结了单索面混凝土矮塔斜拉桥的动力特性,对进一步认识矮塔斜拉桥的动力性能有一定的参考意义。     

基于环境振动的斜拉桥拉索基频识别

斜拉索是现代斜拉桥最重要的结构构件，索力在斜拉桥的施工控制和长期监测中起着重要作用。振动测试法是斜拉桥索力测定、监测和状态评估中应用最广泛的一种方法。振动法测索力的关键在于准确地识别出索的基频。本文使用自功率谱和倒频谱方法，基于MATLAB平台，开发出了斜拉桥拉索环境振动模态分析图形用户交互(GUI)工具箱，实现了斜拉索基频的快速自动识别。应用本文的方法，对福州青洲闽江主跨605m斜拉桥拉索的环境振动实测加速度数据进行了分析处理，斜拉索基频识别方便直观，结果可靠。     

斜拉索拱与索拱体系静动力性能的对比性研究

在索拱结构的基础上添加上部斜拉系统则构成了斜拉索拱结构,因此两种结构呈现出不同的受力特性。本文基于实际的工程背景,借助ANSYS建立斜拉索拱结构与索拱结构的有限元分析模型,在四种相同荷载工况作用下,对静力性能和动力性能,进行了结构参数的比较分析,得出了两者在力学性能的异同。结果表明斜拉索拱结构的受力特性优于索拱结构。     

索-桥动态相互作用及行波效应对斜拉桥地震反应的影响

主要研究斜拉桥地震响应中拉索与梁、塔动态相互作用和行波效应的影响,索一桥相互作用的影响是根据结构动力学中广义自由度的概念,把索的振型作为自由度来考虑,通过把索边界节点的位移和索局部振型位移叠加得到索的整体位移,行波效应是通过在不同支承点输人具有一定相位差的同一条地震动模拟.以一座斜拉桥为例进行了数值模拟和参数分析,结果...     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

具有弹性转动约束的斜拉桥多索-浅拱模型及其面内自由振动分析

考虑斜拉桥的初始构型,建立具有弹性转动约束的多索-浅拱模型。首先,采用Hamilton变分原理得到了索和浅拱的控制微分方程。为了保证浅拱在索-浅拱连接处满足连续条件,将浅拱分段考虑,通过索-浅拱连接处的位移连续条件和力的平衡条件以及两端支座处的边界条件,推导了求解该系统自由振动问题的基本方法。然后,以弹性转动约束双索-浅拱模型为例,对其面内特征值问题进行求解,同时,建立相应的ANSYS模型,得到该模型频率和振型的有限元解。通过与有限元方法计算结果的对比,表明本文方法的正确性和有效性。最后,选取了斜拉索的倾角、垂度,浅拱的抗弯刚度、矢跨比,以及支座的转动刚度等参数,对模型的前5阶频率进行了参数化分析。     

Numerical simulation of dynamic characteristics of a cable-stayed aqueduct bridge

In this paper, a full-scale 3-D finite element model of the Jundushan cable-stayed aqueduct bridge is established with ANSYS Code. The shell, fluid, tension-only spar and beam elements are used for modeling the aqueduct deck, filled water, cables and support towers, respectively. A multi-element cable formulation is introduced to simulate the cable vibration. The dry (without water) and wet (with water) modes of the aqueduct bridge are both extracted and investigated in detail. The dry modes of the aqueduct bridge are basically similar to those of highway cable-stayed bridges. A dry mode may correspond to two types of wet modes, which are called the in-phase (with lower frequency) and out-of-phase (with higher frequency) modes. When the water-structure system vibrates in the in-phase/out-of-phase modes, the aqueduct deck moves and water sloshes in the same/opposite phase-angle, and the sloshing water may take different surface-wave modes. The wet modes of the system reflect the properties of interaction among the deck, towers, cables and water. The in-phase wet frequency generally decreases as the water depth increases, and the out-of-phase wet frequency may increase or decrease as the water depth increases.     

基于增量动力分析和纤维模型的矮塔斜拉桥结构抗震性能研究

基于OpenSees软件及其纤维模型的有限元方法,建立了典型矮塔斜拉桥的非线性数值分析模型,分析各构件的抗震性能指标。采用动力增量分析法（即IDA方法）,对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下矮塔斜拉桥结构的构件破坏规律。分析了在不同加速度峰值情况下,矮塔斜拉桥主塔和边墩沿高度变化的应变包络图、主梁内力包络图及支座位移包络图。结果表明：与一般斜拉桥性能要求不同,矮塔斜拉桥的主塔可以发生损伤,塔底和边墩墩底为主要控制截面,支座在纵桥向地震组合作用下较易发生破坏,拉索和主梁是不易损伤的构件,主梁内力包络图的分布情况随着地震峰值的增加发生变化。     

黄河胜利大桥动力测试和安全评估

大跨度斜拉桥的整体安全性评估对桥梁的运营管理具有十分重要的意义。在环境激励条件下，测试了黄河胜利大桥桥塔、主桥桥跨的基本动力特性以及斜拉索的索力。利用动力检测结果，以白振频率变化作为桥梁整体安全指标，并通过测试数据与设计允许值的比较，采用整体状态评估的方法研究了黄河胜利大桥的安全性。研究结果表明，大桥桥塔、主桥桥跨结构整体性较好，斜拉索也基本处于正常工作状态。     

Modeling of cable vibration effects of cable-stayed bridges

The analysis of dynamic responses of cable-stayed bridges subjected to wind and earthquake loads generally considers only the motions of the bridge deck and pylons. The influence of the stay cable vibration on the responses of the bridge is either ignored or considered by approximate procedures. The transverse vibration of the stay cables, which can be significant in some cases, are usually neglected in previous research. In the present study, a new three-node cable element has been developed to model the transverse motions of the cables. The interactions between the cable behavior and the other parts of the bridge superstructure are considered by the concept of dynamic stiffness. The nonlinear effect of the cable caused by its self-weight is included in the formulation. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed model. The impact of cable vibration behavior on the dynamic characteristics of cable-stayed bridges is discussed. Supported by: Natural Science and Engineering Research Council of Canada     

结构参数对双链式悬索桥地震响应的影响

以某双链式悬索桥为工程背景,建立了空间有限元计算模型.运用几何非线性时程分析方法,分析并探讨了不同垂跨比、阻尼比,塔桥不同连接方式和双链位置对双链式悬索桥地震响应的影响.分析表明,竖向地震动分量使桥塔轴力迅速增大,加劲梁采用钢筋混凝土边梁可有效减小地震响应;塔梁间采用简支连接方案其抗震性能比固定支座连接方案、滑动支座连接方案要好;双链式悬索桥横向抗震性能优于单链式悬索桥.对双链式悬索桥抗震性能的研究,为此类悬索结构的设计选型,乃至减震、隔震及抗震加固提供了参考.     

预应力混凝土斜拉桥的地震响应分析

进行地震作用下双塔双索面预应力混凝土斜拉桥时程法分析，了解全桥的内力分布情况，评价抗震性能并针对地震作用下结构动力特性提出了设计建议。