上承式拉索组合拱桥静力性能研究

介绍一种新型的上承式拉索组合拱桥。从立面上看,拱肋和桥面结构之间除了拱上立柱之外,另外还安装5对斜拉索,目的是通过调整拉索的索力来改变拱肋弯矩大小。采用RMV8i建立了200 m跨径的上承式拉索组合拱桥的有限元模型,计算在恒载和活载作用下的结构内力和截面应力,并与相同跨径的普通上承式钢管混凝土拱桥进行对比。结果表明,在恒载和活载作用下拱肋弯矩和拱顶轴力明显减小。     

结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响

为研究结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响,以某跨径为2×125 m的下承式钢管混凝土拱桥为例进行分析。采用ANSYS建立该桥模型,计算桥梁前6阶自振频率及相应振型,计算结果表明:该桥型的振动既有单独的面内和单独的面外振动,也有面内和面外的振动耦合。分析主拱圈含钢率、风撑截面积及布置形式、拱肋面内初始挠度、桥面宽度、矢跨比等结构参数对该桥动力特性的影响,分析结果表明:增加主拱圈含钢率、合理设置风撑和适当降低矢跨比能有效提高下承式钢管混凝土拱桥的结构刚度;拱肋面内初始挠度对结构动力性能影响可以忽略不计;桥面过宽会降低结构刚度,需要适当加强结构的横向联系。     

基于动力特性的钢管混凝土系杆拱桥风撑加固方案比选

依托某下承式钢管混凝土拱桥,在原桥风撑形式的基础上,运用Midas/Civil有限元分析软件分别建立了"一"形风撑、"K"形风撑、"米"形风撑、"X"形风撑的下承式钢管混凝土拱桥计算模型,从其动力特性计算结果中提取前20阶自振频率和前6阶的振型类型与原桥进行对比分析。结果表明:5或7道"一"形风撑和"X"形风撑并不能提高其横向刚度;"K"形、"米"形风撑均能提高其横向刚度,减小拱肋的面外振动,提高其抗风能力,当斜撑夹角达到40°~50°时其对拱桥横向刚度的提高最为明显。     

3塔悬索桥动力特征参数分析

基于Abaqus平台建立了泰州3塔悬索桥三维有限元计算模型,采用Lanczos特征值求解方法分析了该桥的动力特征,研究了加劲梁竖向、横向和扭转刚度以及塔梁间设置弹性约束对大跨度3塔悬索桥动力特性的影响。研究结果表明,加劲梁竖向刚度、横向刚度、扭转刚度的变化均对相应方向上的振动频率有影响,对其他方向上振动频率影响甚小;中塔梁间的弹性拉索刚度仅影响竖向振动频率,当其刚度超过设计刚度后影响甚小;不设置弹性约束时,结构会出现纵飘振型;塔梁间的弹性约束对动力特性的影响大于缆梁间中央扣对动力特性的影响。     

斜拉拱组合桥与普通拱桥受力性能对比

分析了斜拉拱组合桥的结构受力特征以及与普通拱桥的差别.以我国正在建设的主跨为400 m的斜拉拱组合桥梁--湘江四大桥为例,利用大型有限元分析软件ANSYS,建立了斜拉拱组合桥的三维空间有限元模型,对桥梁振动频率及振型进行了分析,通过与普通拱桥的分析和对比,重点研究了斜拉索对钢管拱组合桥的静、动力特征的影响,对比分析了两种拱桥型式,相同位置影响线的差异.最后总结了斜拉拱组合桥的静、动力特征,得到了一些有益的结论,为这一新颖桥型的方案选取和设计提供参考.     

上承式大跨度钢管混凝土拱桥地震反应分析

为研究上承式大跨度钢管混凝土拱桥的地震反应性能,以大型有限元计算软件ANSYS为平台,分别以纵向＋竖向和横向＋竖向迁安波与EI Centro波作为输入地震波,对跨径为430m的上承式钢管混凝土拱桥——支井河特大桥进行了地震反应分析。研究结果表明：前10阶振动以侧向振动为主,表明桥纵向刚度远大于侧向刚度;拱肋抗震设计最危险截面是拱脚截面,地震反应内力最大;横向＋竖向地震动输入时拱肋轴力及弯矩略大于纵向＋竖向地震动输入时,相差幅度不大,但横向＋竖向地震动输入时弯矩My远大于纵向＋竖向地震动输入;在横向＋竖向地震动输入下最危险截面——拱脚处的地震反应轴力内侧拱肋大于外侧拱肋。     

大跨度提篮式人行拱桥的振动病害分析与改造

针对柔性桥面系动力性能不佳,在行人步伐荷载作用下振动过大,甚至可能发生人桥共振的问题,对一实例桥梁进行自振特性分析,提出提篮式拱桥的前几阶竖向自振频率主要由拱肋性能决定,竖向高阶频率主要由桥面系性能决定,提高桥面系刚度不能有效错开行人步频和结构竖向自振频率,但能有效地减弱动力响应,提高桥梁的使用性能和安全性。根据此类桥梁的这一动力特性,可以有效地诊断出其振动病害并寻求合理的改造加固措施,通常有增加桥面系刚度或增设耗能减振系统两种方法,后者更有效,也可以将这两种方法结合使用。动力响应分析法能有效地进行人行桥振动病害分析和加固前后动力性能对比分析。     

城市特宽拱桥的空间静动力有限元分析

宽度与跨度之比B/L>1的桥梁一般称之为特宽桥,其受力与普通窄桥有所不同。对一座B/L>1的下承式钢筋混凝土系杆拱桥建立空间有限元计算模型,对其进行静、动力分析,并与平面静力计算分析进行了比较。通过静力计算比较,发现平面计算的内力比空间计算的内力大,但是,平面计算不能反应拱肋和系梁的扭矩;通过动力分析,发现特宽拱桥横向刚度比纵向刚度和竖向刚度小,其横向地震响应相对较大。通过计算分析发现,对于特宽桥梁,应采用空间分析才能满足计算的精度,才能发现一些平面分析无法发现的问题,对于特宽拱桥,尤其要注意其横向刚度的处理。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

斜靠式异型拱桥体系振动特性分析

平顶山市湛河桥是一座斜靠式异型混凝土箱肋拱桥,该桥内拱外倾、外拱内倾,组合拱肋与系杆、横梁组合成空间结构体系。采用Midas／civil有限元分析软件,建立该桥梁空间有限元计算模型,对桥梁进行空间振动特性分析计算,得到桥梁前15阶振型。计算结果表明：该种桥型横向刚度较竖向刚度弱,桥梁低阶以拱肋横向振动为主。     

上承式拱桥结构形式变化综述

上承式拱桥可以采用石材、竹木、铸铁、混凝土、钢材和拉索等主要的建筑材料作为承重结构体系,不同历史时期建造的上承式拱桥所使用的建筑材料不尽相同,不同建筑材料建成的上承式拱桥的结构形式也有所区别.按照上承式拱桥建筑材料的变革,回顾上承式拱桥的发展历程,并简单介绍各类上承式拱桥形态多样、风格迥异的结构形式.     

基于虚拟激励法的大跨度斜拉拱桥随机响应

通过建立空间结构有限元模型,利用一种计算效率很高的随机振动理论-虚拟激励法对大跨度斜拉拱桥的随机振动地震响应进行了研究.将该桥的动力特性以及由施加于该桥纵向激励、纵 竖向激励、横 竖向激励、纵 竖 横向激励所得到的随机振动地震响应,与相同跨径的钢管混凝土拱桥进行对比分析,可以得到大跨度斜拉拱桥中斜拉索的存在改善了主拱肋拱脚附近的受力,提高了拱桥的抗震性能.     

大跨拱桥施工阶段索-拱组合结构的自振特性分析

缆索吊装法是大跨拱桥施工的一种重要施工方法,施工阶段由支撑扣索与拱节段形成的临时索-拱组合结构在复杂环境下的动力问题值得关注。该文以贵州大小井大桥节段吊装过程为工程依托,分析归纳索-拱结构模态以及对应频率的分布特征。分析了拉索抗拉刚度、主拱抗弯刚度和边界条件对结构模态分布的影响。结果表明:索-拱结构同时存在索的局部振动模态和结构的整体振动模态;随着吊装节段的增加,结构将更容易出现整体振动;主拱抗弯刚度和边界条件对结构整体振动模态分布具有重要影响,拉索抗拉刚度对结构整体振动模态没有影响。     

吊杆损伤对钢管混凝土拱桥自振特性影响的分析

以京珠高速公路郑州黄河大桥主桥为研究对象,采用ANSYS有限元程序,建立该下承式钢管混凝土拱桥的空间有限元计算模型,分析不同吊杆损伤对桥梁自振特性的影响,计算结果表明,吊杆损伤对该拱桥的自振频率影响较大,吊杆损伤导致桥梁竖向和扭转自振频率降低.计算结果可为桥梁使用阶段的健康检测和维护提供参考.     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

中、下承式拱桥吊索张力测定的振动法实用公式

考虑吊索弯曲刚度和两端固定边界条件的影响，引入参数简化吊索张力与其横向振动频率之间关系的超越方程，采用数值计算和曲线拟合的方法，推导出了考虑吊索弯曲刚度和吊索两端边界条件影响的，由吊索振动频率计算吊索张力的实用计算公式，并将该公式运用于下承式拱桥施工现场吊索张力的测定。通过与现场实测数据的比较表明：该公式具有较高的精度和一定的实用价值。     

大跨度提篮拱桥动力特性参数分析

动力特性是影响桥梁结构安全的重要因素。为研究大跨度提篮拱桥的动力特性,以菜园坝长江大桥为工程背景,基于Midas civil 2012建立了主桥有限元模型,利用子空间迭代法计算了主桥的动力特性;通过脉动试验进一步对有限元模型进行了确认。在确认后的有限元模型基础上,研究了包括矢跨比、内倾角、拱肋刚度等主拱结构参数对动力特性的影响。结果表明:桥梁模态呈低频、密集分布特点,模态耦合程度高;矢跨比对结构竖向振动频率影响较大;拱肋内倾角对横向振动频率影响明显;拱肋刚度的提高会导致竖向横向振动频率的小幅增加。研究结果可为同类型桥梁动力设计和安全评估提供参考。     

基于虚拟激励法的大跨度斜拉拱桥随机响应

通过建立空间结构有限元模型,利用一种计算效率很高的随机振动理论—虚拟激励法对大跨度斜拉拱桥的随机振动地震响应进行了研究。将该桥的动力特性以及由施加于该桥纵向激励、纵＋竖向激励、横＋竖向激励、纵＋竖＋横向激励所得到的随机振动地震响应,与相同跨径的钢管混凝土拱桥进行对比分析,可以得到：大跨度斜拉拱桥中斜拉索的存在改善了主拱肋拱脚附近的受力,提高了拱桥的抗震性能。     

连续刚架拱桥地震响应分析

采用时程分析法对连续刚架拱桥在纵向、纵 竖向、三维激励作用下的响应特性进行计算,讨论三角刚架刚度对主、边拱地震响应的影响,对主拱与下承式拱桥的地震响应特性进行对比分析。结果表明边拱系杆是连续刚架拱桥在地震激励作用下的薄弱环节,三角刚架刚度对主、边拱地震响应有较大影响。     

考虑弯矩刚度影响下两拉索体系自振特性分析

为探究拉索抗弯刚度以及相邻索之间的干扰因素对斜拉索体系自振特性的影响，以两拉索体系为研究背景，构建了可同时考虑拉索抗弯刚度、索力以及相邻索耦合效应的双梁力学模型。该模型上梁与下梁分别用来模拟拉索，中间层用来考虑拉索间的干扰因素，拉索的两端分别采用竖向和旋转弹簧模拟边界条件。基于双梁力学模型，首先给出了两拉索体系自由振动频率与模态函数的理论解；然后针对高阶超越方程无法直接求解的难题，给出了相应的高效的迭代算法；最后通过与有限元结果的对比验证了所提方法的正确性，并就可能影响拉索体系自振特性的几种典型外部因素进行了参数化分析。结果表明：1)所提方法具有较高的计算精度与效率，理论推导正确可靠；2)轴力越大拉索体系的自振频率越大，但轴力对体系的振动模态无影响；3)双梁模型中间支撑的刚度对缆索体系的振动频率与模态有较大的影响，尤其对体系的高阶振动更明显；4)边界条件对体系的自振频率与模态函数影响明显。提出的双梁模型可较好地考虑两拉索间耦合特性，可为求解同类拉索体系的动力响应提供参考。