超大跨径CFRP主缆悬索桥动力特性参数分析

为了研究超大跨径碳纤维（CFRP）主缆悬索桥的动力性能,以某海峡为工程背景,设计了主跨3 500 m的CFRP主缆悬索桥.基于ANSYS软件平台,分析了该CFRP主缆悬索桥的动力特性,探讨了矢跨比、主缆安全系数、加劲梁约束体系和桥塔刚度等主要结构参数对其动力特性的影响.研究结果表明:矢跨比越大,扭弯频率比越大;主缆安全系数对动力特性影响不大;随跨径增大,加劲梁约束体系对动力特性的影响减小;增大桥塔顺桥向弯曲刚度可以提高对称竖弯基频,增大桥塔抗扭刚度可提高扭转基频.      

结构参数变化对自锚式悬索桥动力性能的影响分析

桥梁的振动特性是分析结构动荷载行为的基础,它能体现结构的质量分布情况及抵抗弹性变形的能力,是吊桥分析振动响应、抗风与抗震设计的基础。以唐山湾跨海大桥为工程背景,利用有限元分析软件Midas/Civi对影响自锚式悬索桥动力性能的结构参数进行模拟分析。认为:(1)垂跨比及主缆抗拉刚度对反对称竖弯及对称竖弯频率影响较大,对横弯频率及扭转频率影响较小。(2)恒载集度对自锚式吊桥整体特征振型频率的影响大于主梁抗弯刚度。(3)拉索抗拉刚度及桥塔抗弯刚度的变化对自锚式悬索桥结构的各阶特征振型频率影响较小。研究结论可为自锚式悬索桥优化设计及理论研究提供参考。     

双缆悬索桥的静力特性及其关键影响因素

双缆悬索桥体系是一种适用于大跨度多塔悬索桥的结构体系，为了对该类悬索桥体系的受力特性开展深入研究，基于有限元方法对其静力特性以及关键设计参数的影响效应进行对比分析. 首先以一座典型的单缆多塔悬索桥为参照，选定双缆多塔悬索桥的关键设计参数，建立两类多塔悬索桥的有限元模型；其次基于所建立的有限元模型，对比分析两类多塔悬索桥体系的竖向刚度差异；最后研究双缆悬索桥体系，边主跨比、中塔刚度、恒载分配比和矢跨比等关键设计参数对于中塔塔顶主缆总的不平衡力、中塔塔顶最大纵向位移以及主梁跨中最大挠度的影响效应. 研究结果表明:相比单缆多塔悬索桥，双缆多塔悬索桥能够有效提高结构的竖向刚度，同时大幅减小中塔塔顶主缆总的不平衡力；减小边主跨比对双缆结构体系竖向刚度和塔顶主缆总的不平衡力的影响较小；增大中塔刚度可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度，但是中塔塔顶主缆总的不平衡力有较大幅度的增加；恒载分配比例取为1.0～2.0时，双缆结构体系的中塔塔顶位移及主梁跨中挠度较小；减小顶缆矢高或者增大底缆矢高均可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度，有效减小主梁跨中挠度和中塔塔顶位移.      

单塔两跨式自锚式悬索桥的极限跨度研究

推导了单塔两跨式自锚式悬索桥的极限跨度的表达式。研究了极限跨度与主缆矢跨比、边跨与主跨跨度比、索塔高度与主跨跨度比、二期恒载和活载等影响因素的关系．结合目前悬索桥常用的材料，考虑主要因素的影响，对混凝土加劲梁和钢加劲梁自锚式悬索桥的极限跨度进行了研究，给出了相应的极限跨度．     

基于重力刚度法的三塔悬索桥形变特征研究

应用重力刚度法推导了集中力和均布载荷作用下三塔四跨悬索桥主缆的无量纲位移的理论表达式;分析了跨数、边中跨比以及恒载和活载集度对三塔四跨悬索桥重力刚度挠度的影响规律,及三塔四跨悬索桥不同于两塔悬索桥的新特征。研究表明:多跨悬索在恒活载作用下主缆的力学特征主要决定了三塔四跨悬索桥整体结构刚度的基本特征,单跨悬索和多跨悬索力学行为的差异是两塔和三塔悬索桥力学特征差异产生的根本原因;应用重力刚度法分析的三塔悬索桥行为特征与基于有限元方法计算的结构行为特征有很好的一致性。     

自锚式悬索桥主要构件刚度对结构的影响分析

分别分析了自锚式悬索桥的主塔刚度、主缆刚度、吊索刚度和加劲梁刚度对桥梁的主缆、吊索、加劲梁、桥塔和桥墩内力、结构位移、结构动力特性的影响,讨论了设计中各构件尺寸确定的顺序.得出的有益结论可为该类桥的设计提供技术参数方面的参考.     

独塔自锚式悬索桥动力特性分析

对计算悬索桥特性的3种方法进行了比较,并以一独塔自锚式悬索桥为例,采用ANSYS有限元软件,建立空间力学模型,计算此桥的自振频率和振形,并分析跨度比改变对独塔自锚式悬索桥动力特性的影响.研究结果对同类桥型的动力研究具有参考意义.     

空间缆索体系悬索桥动力特性分析

以凤凰山古城里悬索桥为工程背景,介绍了采用Midas/Civil软件进行悬索桥建模的过程。并以横向矢跨比为参数,建立了7个模型来对比分析不同横向矢跨比对悬索桥空间特性的影响。结果表明,随着横向矢跨比的增大,在一定范围内主梁的横弯和扭转频率均在变大,即横向及扭转刚度都在增强;而当横向矢跨比大于1/100时,缆索的空间特性几乎不存在;此外,具有空间缆索的悬索桥横向刚度较传统平面缆索的大。     

悬索桥动力特性及锚固形式对比分析

基于有限元软件Midas,建立了自锚式悬索桥动力特性分析三维数值模型,采用子空间迭代法对模型进行非线性行为动力特性计算分析,并与相应跨径的地锚式悬索桥进行对比。计算结果表明,边界自由度约束数目、约束方式等边界条件会对自锚式悬索桥自振频率产生明显影响。     

关于悬索桥的重力刚度

随着悬索桥跨度的增大,加劲梁的竖向抗弯刚度提供给整个知跨结构的刚度仅占次要地位,而悬索自身的重力度度却占有秉的作用。为加对重力刚度的进一步认识,笔者对特大跨度的悬索桥的重力刚度进行简要的理论推理,在忽略加劲梁存在的情况下,可近似地计算悬索桥的变形和内力。     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

双塔自锚式钢箱梁悬索桥自振特性研究

以韩土公路二号桥梁为工程背景,对双塔自锚式钢箱梁悬索桥的自振特性进行计算分析研究,利用ANSYS有限元分析软件建立全桥三维模型,计算出前20阶自振频率及振型。计算结果表明,主缆直接锚固在正交异性钢箱梁桥面上,与地锚式悬索桥及传统桥面相比,其自振特性存在很大差异。该桥型具有频谱密布、整体刚度较低、固有周期较长、在振动过程中具有振动一体化的特性。     

自锚式独塔悬索桥竖向弯曲振动基频估算公式

为方便计算自锚式独塔悬索桥的竖向自振频率,以塔梁支承体系的独塔自锚式悬索桥为研究对象,采用能量法,推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,最后对此公式可行性进行了算例验证。研究结果表明:文中所推导解析解的竖弯基频计算值与文献解之间的误差能满足初步设计阶段要求;该公式可用于该体系在初步概念设计中选择合理的结构计算参数。     

东北寒区大跨度自锚式悬索桥主缆力学效应研究

结合大跨自锚式悬索桥空间缆索结构,引入桥位所处的东北寒区大温差分布模式,运用空间有限元分析方法,探讨了主缆在典型荷载工况及特殊的大温差模式下的受力变形特性。研究结果表明:主缆在空缆状态向成桥状态转变过程中,其横向与竖向均发生较大位移,其几何非线性主要发生于施工阶段;主缆弯曲次应力幅值较小,理论上不控制设计;寒区大温差效应对主缆的影响不容忽略,温差越大对主缆变形与内力影响越大,大温差模式下,主缆轴力跨中的最大变化值为73.4k N,主缆跨中垂度由于温度影响最大变化约为3.0cm。     

双塔简支梁悬索桥动力特性影响因素分析

以某双塔简支钢桁加劲梁悬索桥为研究背景,运用Midas/Civil有限元软件建立桥梁空间模型,分别对不同中央扣、主桁架弦杆灌注砼、温度、桥塔刚度条件下的悬索桥进行自振特性分析,得出以下结论:(1)中央扣能有效增强桥梁结构的自振频率和整体刚度;(2)主桁架弦杆内灌砼能小幅增强桥梁结构中竖弯和横弯的基频,而主桁架弦杆无灌砼能增大扭弯频比,提升桥梁的抗风性能;(3)悬索桥的自振频率与整体刚度随着温度升高逐渐减小;(4)桥塔刚度仅对纵飘振型的影响较明显,纵飘频率随着桥塔刚度的增大逐渐变大。     

大跨度悬索桥的固有振动分析

介绍了《公路桥梁抗风设计规范》上给出的悬索桥竖向和扭转基频的估算公式。采用大型有限元软件ANSYS建立虎门悬索桥的有限元模型,通过模态分析得到结构的各阶振型和频率,为进一步进行颤振分析和谱分析奠定基础。通过规范计算结果与有限元模型计算结果的对比表明,两者吻合良好,说明规范估算公式也能较为准确地反映结构的动力特性,在设计初期可以用规范公式估算悬索桥的基频。     

主塔相对高差对大跨径悬索桥动力特性的影响研究

为研究主塔相对高差对悬索桥动力特性的影响,建立结构空间有限元模型,分析主塔纵向相对高差系数μ和塔肢横向相对高差系数η对悬索桥动力特性的影响规律;其次进行反应谱分析,研究结构在地震作用下关键截面的动力响应。结果显示:μ和η对悬索桥主梁的振动影响均较小,对主缆和主塔的振动影响较大;悬索桥自振频率对η比μ更敏感;地震作用下,随着μ的增大,矮塔塔底内力在横向和纵向地震力输入下均减小,而高塔塔底的内力变化不明显;η增大时,矮塔内力响应显著增加,抗震设计应予以重视。     

关于悬索桥的重力刚度

随着悬索桥跨度的增大,加劲梁的竖向抗弯刚度提供给整个桥跨结构的刚度仅占次要地位,而悬索自身的重力刚度却占有重要的作用．为加深对重力刚度的进一步认识,笔者对特大跨度的悬索桥的重力刚度进行简要的理论推导,在忽略加劲梁存在的情况下,可近似地计算悬索桥的变形和内力．     

国内已建悬索桥主要技术指标调查分析

系统收集国内20世纪90年代以来建设的60多座悬索桥资料,按地锚式（分重力式和隧道式）、自锚式对跨径、矢跨比、主塔、梁型等主要技术指标进行统计分析,为悬索桥设计提供参考。     

悬索桥主缆抗弯刚度的数值分析

为了研究主缆抗弯刚度对悬索桥受力性能的影响,采用有限元参数化建模方法对某悬索桥进行了模拟,模型中考虑了边界条件、荷载形式和主缆线形等因素,分析了加劲梁和主缆位移、内力和应力的变化规律。结果表明,考虑主缆抗弯刚度后,加劲梁竖向位移、弯矩和应力减小。并且随着主缆抗弯刚度的增大,加劲梁静力响应逐渐减小。在对称荷载作用下,索梁最优刚度比为0.5左右,加劲梁竖向位移和弯矩最大减小30%和70%;在非对称荷载作用下,最优刚度比为0.1左右,加劲梁竖向位移和弯矩最大减小25%和60%。主缆与塔顶鞍座的连接方式和主缆线形对加劲梁位移、内力和应力也有一定的影响。