半漂浮体系斜拉桥动力特性的有限元分析与试验研究

斜拉桥结构的振动特性参数(振动频率、振型及阻尼比)是大桥动力学性能的决定因素之一,也是结构总体状态的一种表征。斜拉桥结构的结构体系问题、抗风性能、抗震性能均与大桥结构的动力特性密切相关。本文采用Midas Civil结构分析软件建立了某半漂浮体系钢箱梁斜拉桥的三维有限元模型,分析了大桥的动力特性,并将有限元分析结果与大桥的动力性能测试结果进行了比较。     

自锚式悬索桥动力特性分析

对计算悬索桥特性的3种方法首先做以比较,在此基础上根据一座自锚式悬索桥———吉林松花江大桥的结构特点,在通用有限元分析软件ANSYS中建立了大桥的三维有限元动力计算模型:采用脊梁模式简化桥面系结构;对桥梁其他部位的模拟进行分析;计入了几何刚度。通过静力计算获得了调整悬索桥索力的方法和标准,而后对大桥的动力特性进行了计算分析,获得了大桥的自振频率和振型,最后按照4种不同工况做动力特性的对比计算和分析,总结了影响悬索桥动力特性的几种因素。     

巽他海峡大桥悬索桥结构体系矢跨比优化设计研究

公路铁路合建的悬索桥结构体系在超长跨度海峡桥梁的选择中极具优势,但目前规范对超长跨度的悬索桥结构体系未有涉及,其中一些关键技术有待研究。悬索桥结构体系设计时的一个重要设计参数是矢跨比,它对桥梁受力性能有较大影响。为了研究不同矢跨比对悬索桥结构受力的影响,以巽他海峡大桥为研究原型,利用有限元计算分析软件Midas/Civil建立全桥有限元模型,比较了不同矢跨比下悬索桥结构的挠跨比、梁端转角、塔顶位移、用钢量以及扭弯基频比的变化。     

多塔连跨悬索桥基频估算实用公式

多塔连跨悬索桥的动力特性与中塔刚度、主跨数目等设计参数密切相关,而我国现有规范中的悬索桥基频估算公式是基于单跨悬索桥推导的,无法体现这些设计参数的影响,故不适用于多塔连跨悬索桥.基于能量原理,提出了多塔连跨悬索桥的竖弯和扭转自由振动基本方程,并通过修正振型基函数的Rayleigh法求解,得到了多塔连跨悬索桥的基频估算公式.考虑到工程实用性,通过量级分析略去了公式中的次要项,并对设计中难以获得的部分参数进行了近似处理,得到了多塔连跨悬索桥基频估算实用公式.最后给出了中塔刚度、主跨数、中塔约束条件、跨径等多个设计参数变化下的多塔连跨悬索桥算例.通过估算公式结果与有限元模型计算结果的对比表明,该基频估算实用公式有较高的精度,在多塔连跨悬索桥的初步设计阶段有较好的应用价值.     

大跨窄梁悬索桥结构体系对静动力刚度的影响研究

大跨度窄梁悬索桥,结构轻柔、整体刚度低,抗风问题突出。结构静动力刚度是大跨度桥梁抗风的基础参数。该文以一座大跨窄梁悬索桥为工程背景,基于空间缆索分段悬链线理论和桥梁三维有限元模型,多工况系统对比分析加劲梁刚度、主缆垂跨比、主缆间距和吊点宽度等参数对静动力刚度的影响。研究发现：加劲梁刚度对大桥的整体刚度贡献较大,与结构的静动力刚度呈正相关,尤其对结构的竖向和扭转静动力刚度影响明显;主缆垂跨比对大桥扭转静动力刚度影响较大;主缆间距和吊点宽度对大桥的静动力特性影响有限。     

双主跨悬索桥颤振稳定性试验

以某双主跨悬索桥为背景,进行了动力特性有限元分析和全桥气弹模型颤振风洞试验。分析了主要模态的自振频率、振型、等效质量和模态之间的相似关系;在风洞试验中测试了不同风攻角和风偏角下的颤振临界风速,并观测了颤振形态的演化规律;从结构模态出发,对颤振形态进行了分析和讨论。结果表明:在颤振临界风速下,桥梁结构由反对称扭转振动经两跨交替扭转振动,过渡到对称扭转振动发散;由于双主跨悬索桥不存在单跨半正弦波双跨对称的竖弯模态,传统的利用零风速时的多模态来描述和解释非分离流扭转颤振的方法无法应用于双主跨悬索桥;传统的需事先挑选模态的多模态颤振分析方法不能应用于双主跨悬索桥颤振数值分析。     

重庆鱼嘴长江大桥的总体计算分析

重庆鱼嘴长江大桥主桥为616m的单跨钢箱梁悬索桥,利用悬索桥专用程序———桥梁结构非线性分析系统BNLAS3.22空间分析软件建立有限元模型,对该桥进行静力、动力总体计算,并分析计算结果。     

平胜大桥自锚式悬索桥静载试验与评价

针对自锚式悬索桥静栽试验研究较少的现状,介绍主跨跨径为350m的独塔单跨混合梁自锚式悬索桥——平胜大桥主桥的概况、成桥静力特性、静载试验内容、测试方法、静载试验工况、荷载分级、测点布置、试验结果及有限元计算结果的对比,并作出了评价。有限元分析及静栽试验结果均表明：在成桥运营阶段,活载引起的平胜大桥自锚式悬索桥内力及线形变化与所受活载基本上呈线性关系;静载试验结果与理论计算值基本一致;残余变形、残余应变较小;在设计活载作用下,结构处于弹性受力状态,施工控制达到了较高的水平;同时也表明,静裁试验的理论分析模型很好地反映了实际桥梁的受力特性。     

泰州大桥的桥区风场特性及抗风稳定性研究

泰州长江公路大桥采用三塔两跨悬索桥方案,因为桥梁结构轻柔,大桥抗风问题一直是桥梁设计者们所关注的重点。本文针对泰州长江公路大桥在抗风设计方面的难点与特点,根据泰州大桥桥区的风观测成果,探讨了桥区的风场特性,在此基础上提出桥区的设计风速,研究了三塔悬索桥的抗风性能,包括三塔悬索桥的动力特性、加劲梁断面的静力稳定性、颤振稳定性以及涡激共振等。     

基于Abaqus的大跨度板式加劲梁悬索桥的自振特性分析

运用数值积分法,并通过Abaqus有限元软件建立模型,对大跨度板式加劲梁悬索桥自振特性进行分析,避免结构的设计自振频率与风、地震的波动频率过于接近,而产生过大的结构动力放大系数。通过改变悬索桥矢跨比、边跨与中跨比、桥面系质量、吊杆抗拉刚度、横梁数量及位置等结构参数,探讨其对自振特性的影响。结果表明:横梁数量及布置方式、矢跨比、吊杆抗拉刚度变化对自振特性影响较大;自振频率随着桥面系质量、边跨与主跨的比值的增大而减小等自振特性规律,为板式加劲梁悬索桥结构特性优化设计提供依据。     

山区大跨度窄桥面加劲梁悬索桥静动力特性分析

为了掌握山区大跨窄悬索桥在荷载作用下的力学特性,文章以某山区大跨度加劲梁窄悬索桥为研究对象,设计多种不同桥梁结构方案,考虑抗风缆、垂跨比、加劲梁宽度和中央扣的影响,采用大型通用结构有限元分析程序,建立山区大跨窄悬索桥有限元模型,对比分析多种方案下静力特性指标与动力特性主要参数的变化规律。     

超大跨度双跨钢桁梁悬索桥动力特性分析和模态试验

以跨径布置460 m+1480 m+491 m的一座双跨钢桁梁悬索桥结构为工程背景,充分考虑结构几何非线性效应、大位移非线性效应等因素的影响,建立了算例桥梁的MIDAS空间有限元分析模型,对基本动力特性进行了仿真分析和结构振动试验测试;对成桥结构进行动力特征参数测试,并与理论计算值进行了对比分析,该桥实测动力特征参数与对应理论计算值基本吻合,且测试值大于理论计算值,这表明成桥结构实测刚度大于理论设计目标值。     

大跨异型玻璃悬索人行桥侧向振动临界人数估计

随着人行天桥更多采用轻型材料和新颖结构,结构形式变更"轻"、更"新"、更"美",跨径变更的更"大",但由行人激励导致的振动及带来的行走舒适性甚至结构安全性问题也相继日益突出。为得到某大跨异型玻璃悬索人行桥可能引起横向动力失稳的临界人数,首先通过有限元方法对人行桥动力特性进行分析,并通过实测对动力特性计算结果进行对比验证;进一步,推导了该桥侧向振动动力失稳的临界人数估算公式,并比较了频率、振型等动力特性参数对计算结果的影响;最终,得到了大桥可能发生动力失稳的临界人数。研究结果可供该桥的运营管理提供参考,估算方法也可供类似工程借鉴。     

基于响应面法的自锚式悬索桥有限元模型修正

自锚式悬索桥一般采用先架设主梁后安装主缆的施工方式,在体系转化过程中非线性受力状态非常复杂,因此有限元模型仿真分析计算难以准确把握真实桥梁的力学行为,所以对自锚式悬索桥有限元模型修正是必要的。依据能够反映真实桥梁结构响应的测试结果对桥梁的有限元模型进行修正,从而得到一个准确反映桥梁受力状况和健康状态的模型。该文通过对阳明滩大桥进行环境振动试验测试得到了桥梁固有频率,并以此为目标控制阳明滩大桥的有限元模型修正的各项参数配置。应用基于响应面法对该自锚式悬索桥实现基于动力测试的有限元模型修正,使得模型的准确度有了显著的提高。对其他结构相近的自锚式悬索桥有限元模型的建立有很好的借鉴作用。     

柔性中央扣对大跨悬索桥动力特性的影响

针对拟建的主跨1800m某特大悬索桥,利用ANSYS软件建立了4种空间动力计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了柔性中央扣对特大跨度悬索桥动力特性的影响。得到柔性中央扣的设置使得悬索桥刚度有所增加,其中以提高结构的反对称抗扭刚度和纵飘刚度最为显著;设置3对斜拉索或1对斜拉索的柔性中央扣的性能无明显区别,研究结果可为今后柔性中央扣结构在大跨悬索桥中的应用提供参考。     

单箱多室PC连续波形钢腹板模型试验桥动力特性研究

为了研究单箱多室波形钢腹板连续箱梁桥的动力特性,参照南昌朝阳大桥非通航孔桥,制作了3跨单箱双室波形钢腹板连续梁桥,并利用Ansys建立其有限元模型分析其动力特性;采用固定参考点移动测点法(UINO)对模型桥进行了动力测试,并将测试结果和有限元计算结果进行对比;采用有限元方法研究了横隔板对单箱多室波形钢腹板连续梁模型桥动力特性的影响,并与普通混凝土腹板箱梁对比。分析结果表明:有限元结果与模型桥实测低阶频率误差较小,波形钢腹板连续梁桥扭转刚度和横向振动刚度相对较低,端横隔板对其动力特性的改善效果明显。     

武汉杨泗港长江大桥主桥静、动力特性研究

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1 700 m的悬索桥,加劲梁主桁架为华伦式桁架结构,上、下层行车道桥面系均采用正交异性钢桥面板。为了解大桥静力及抗风安全性,采用BNLAS软件建立主桥整体空间杆系有限元模型进行理论计算,制作1∶52.67主桁梁节段模型和1∶120全桥气动弹性模型,进行风洞试验,分析静动力特性以及抗风措施对动力特性的影响。结果表明:大桥恒载与活载的作用效应之比约为9∶1,加劲梁竖向、横向挠跨比均远小于规范允许值,大桥静力特性满足要求;主梁颤振失稳形式为"软颤振",主梁上层桥面外侧挑臂加宽90 cm后,大桥的静风稳定性和气动稳定性均满足要求。     

小西湖黄河大桥剪力滞效应试验和理论研究对比

兰州市小西湖黄河大桥采用矮塔斜拉桥方案,桥跨布置为81.2 m+136 m+81.2 m,单索面,主梁采用梯形截面单箱三室箱梁,是我国仅有的几座部分斜拉桥之一.针对大桥设计中部分斜拉桥箱梁的剪力滞效应及抗震性能等关键技术问题,采用主桥整体有机玻璃缩尺模型进行了剪力滞效应及动力特性的模型试验研究,并同时对该模型进行了理论对比研究.模型试验结果与有限元分析结果吻合较好,说明采用有限元方法能够较好地计算出部分斜拉桥的剪力滞效应和动力特性.因此,可以通过有限元分析计算出实桥的剪力滞效应和动力性能.     

钢筋混凝土桥梁结构动力有限元模型修正

在建立桥梁结构有限元模型时,所建的有限元模型与结构的真实情况不可避免地存在着差异。要建立精确的有限元模型,必须利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数,用以作为有限元模型修正的基准。利用有限元分析软件ANSYS的优化功能,对桥梁结构进行模型修正,修正后有限元模型的动力特性更加趋近于环境振动实测值。修正后的结构有限元模型可以作为大桥损伤监测和整体性评估的基准。     

车柳河大桥基准有限元模型的建立

在建立桥梁结构有限元模型时,所建的有限元模型与结构的真实情况不可避免地存在着差异。要建立精确的有限元模型,必须利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数,用以作为有限元模型修正的基准。利用有限元分析软件ANSYS的优化功能,对桥梁结构进行模型修正,修正后有限元模型的动力特性更加趋近于实桥环境振动的实测值。修正后的结构有限元模型可以作为大桥损伤监测和整体性评估的基准。