宽幅下承式空间多索面异型系杆拱桥设计关键技术

以外秦淮河大桥为工程背景,采用Midas Civil对该异型拱桥进行仿真模拟,首先探讨了不同主梁刚度、拱肋刚度两个参数条件下的拱桥结构受力性能影响规律;其次考虑异型拱桥结构最不利情况,进行了强度、刚度验算分析;另外计算了桥梁结构前五阶振型及自振频率,分析了其动力特性;最后针对拱肋可能会发生的失稳情况,进行了拱肋稳定性设计分析。结果表明：主梁与拱肋的变形、应力均满足设计要求;在10%~20%范围内改变主梁、拱肋结构刚度对结构受力影响较小,外秦淮河大桥作为城市交通景观桥梁,主梁与拱肋构造设计仍有一定的优化空间;桥梁前5阶的自振频率在0.49~1.25 Hz之间,动力性能较好,为抗震设计提供了参考;该异型拱桥结构具有较好的稳定性能。     

独塔自锚式悬索桥动力特性参数灵敏度分析研究

自锚式悬索桥以其优美的造型、良好的跨越能力、对桥址条件适用性强等优点,被广泛的应用于城市桥梁中。自锚式悬索桥的结构设计参数对其动力特性影响显著。为明晰其结构设计参数对自锚式悬索桥动力特性(振型、频率等)的参数影响规律,以某典型的独塔自锚式悬索桥为研究背景,基于有限元软件MIDAS Civil建立全桥空间有限元模型,采用子空间迭代法进行动力分析计算,研究了边跨长度比,恒载比率,主梁、主缆及吊索刚度等参数的变化对自锚式悬索桥基本动力特性的影响规律。结果表明:自锚式悬索桥整桥振型排列较合理,频谱分布密集;边跨比对独塔自锚式悬索桥主梁竖弯振型频率和主缆横弯振型频率影响显著;恒载比率对独塔自锚式悬索桥各阶模态振型频率影响显著,其中主缆一阶侧弯和主梁的一阶竖弯振型受恒载比率影响最为显著;主缆抗拉刚度的变化对主缆侧移振型频率,以及主梁竖弯振型频率影响较为显著,主缆抗拉刚度的增加有利于提高结构的整体刚度,可以一定程度上减小主缆水平拉力对主梁刚度的影响;吊索抗拉刚度对结构振型频率的影响基本可以忽略;自锚式悬索桥的竖向弯曲振型受主梁的抗弯刚度影响较大,主缆振动频率受主梁抗弯刚度影响较大,但当主梁抗弯刚度达到一定数值后,其对主缆频率影响减小。     

大跨度曲梁空间拱人行桥动力特性研究

曲梁空间拱人行桥具有优美流畅的外形,在城市人行景观桥中应用逐渐增多,但由于该类型桥梁由曲线梁与斜拱组合而成,导致结构动力特性变得复杂,且具有较强的不确定性.为研究该类体系桥梁自振特性,以广州海心沙人行桥为背景,基于有限元软件Ansys建立该桥动力计算模型,进行桥梁动力特性分析.结果 表明:曲梁空间拱桥频率分布较密集,需要进行抑振控制的模态较多,且具有显著的振型耦合效应;由于拱肋面外刚度较主梁小,结构基频表现为拱肋侧弯.所得结果可为该类型人行桥抑振设计提供依据和参考.     

拱肋外倾角对异形空间拱桥受力的影响

以建设中的九堡大桥主桥为背景,研究外倾式拱桥的拱肋处于不同倾斜角度时对结构受力产生的影响。采用ANSYS建立该桥三维有限元模型,计算在仅有恒载作用时主拱肋外倾角分别为0°、5°、12°、20°四种工况下该桥各部分的受力,并分析在成桥状态下该桥的第1类稳定问题。分析结果表明:主拱肋外倾角变化对主、副拱肋,主梁以及主、副拱肋间连杆的内力影响较大;当主拱肋外倾角在5°和12°时结构稳定系数明显高于其他情况;主拱肋外倾角由0°增加到20°时,结构第一阶失稳模态均为拱肋体系的整体弯扭失稳。     

新月形拱-连续梁组合体系桥优化分析

为研究新月形拱-连续梁组合体系桥的受力特点和力学特性,以福建漳州九龙江大桥主桥为背景,采用空间有限元软件对影响新月形拱稳定性的控制因素以及新月形拱、主梁抗弯刚度变化对结构内力和位移的影响程度进行了参数分析.结果表明:副拱肋对新月形拱的稳定性起决定作用,主副拱肋夹角对新月形拱的稳定性影响可以忽略;恒载和活载分别作用下,新月形拱的主拱肋、副拱肋和主梁抗弯刚度对内力分配的影响规律是一致的,拱肋部分刚度越大,分配到的内力越大,主梁内力和变形减小的程度也越大.     

倾斜式单肋系杆拱步行桥稳定性分析

以某倾斜式单肋系杆拱步行桥为工程背景，采用midascivil建立空间有限元模型，分析了不同的拱肋含钢率、拱肋外倾角、拱肋失跨比等设计参数对桥梁结构稳定性的影响。分析结果表明：结构的第1阶稳定系数随拱肋含钢率的增加而增大；拱肋外倾角α在-15°～20°范围内变化时，结构第1阶稳定系数先增大后减小；当5°≤α≤10°时，结构存在最大的第1阶稳定系数，结构第1阶稳定系数随着失跨比的增加而逐渐减小。结构第1阶失稳模态均为拱肋面外侧倾失稳。     

连续梁拱组合桥梁边中跨比影响分析

连续梁拱组合桥梁主梁和拱肋协同受力,整体刚度大、跨越能力强。以三跨连续梁拱组合桥梁为工程背景,分析了边中跨比对桥梁内力、变形、支反力、自振频率、稳定等方面的影响。分析发现：桥梁主梁和拱肋的内力、变形,主梁边支点的支反力随边中跨比的增大而增大,且在恒载作用下边中跨比0.400时边支点出现负反力;桥梁自振频率随边中跨比的增大而减小;桥梁施工阶段稳定系数随边中跨比的增大而减小,成桥状态稳定系数随边中跨比的增大而增大,但稳定系数变化率均较小;连续梁拱组合桥梁的合理边中跨比建议在0.425～0.500之间。     

双拱塔斜拉桥动力特性参数分析

为研究双拱塔斜拉桥结构参数对桥梁动力特性的影响,以武汉科技三路桥为工程背景,基于Midas/Civil平台建立主桥空间有限元模型,采用多重Ritz向量法进行动力特性计算,分析了有无横撑、有无纵向拉索、结构自重、结构刚度、矢跨比等参数变化对该桥动力特性的影响。结果表明,该桥主要振型依次为拱塔扭转、主梁竖弯、主梁横弯振型。横撑对拱塔扭转振型频率影响较大;纵向拉索对各阶振型无影响;主梁自重对主梁竖弯、横弯振型频率影响显著,拱塔自重对拱塔扭转频率影响显著;拉索自重对各阶振型频率影响较小;结构刚度对各阶振型影响与结构自重影响相同;矢跨比对拱塔扭转振型频率影响较大。     

沪通长江大桥主航道桥总体设计参数分析

为研究公铁两用斜拉桥的力学性能,以沪通长江大桥主航道桥[(140+462+1 092+462+140)m双塔斜拉桥]为对象,采用空间板梁单元法建立全桥有限元模型,对边跨支点数量、边中跨比、主梁高跨比和宽跨比、塔梁高跨比等设计参数进行分析。结果表明:边跨设置辅助墩可改善结构受力、提高桥梁整体刚度;边中跨比增大使结构总体刚度减小,活载塔底顺桥向弯矩增大;主梁高度增大可提高结构整体刚度,但提高幅度有限,同时对恒、活载拉索应力的影响也较小;主梁宽度增大使横弯基频增大、竖弯基频减小,扭频先减小后增大而后趋于平稳,结构颤振稳定性提高;塔高增大使结构竖向刚度增大而索塔纵向刚度降低,活载塔底顺桥向弯矩减小,恒、活载拉索应力减小。     

主跨136m空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥受力性能分析

为研究空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥的力学性能，以广州市从化大桥为例，采用空间有限元分析软件对影响空间钢桁拱稳定性的主要控制因素以及拱与主梁抗弯刚度变化等对结构内力和位移的影响进行了参数分析。结果表明拱肋刚度对桥梁整体稳定性影响较大，横、斜撑刚度的影响不大；只有中间吊杆时，拱肋的稳定性较差；主梁刚度对桥梁受力影响较大；吊杆初始张拉力大小影响恒载作用下主梁和拱肋的受力状态。     

多箱室波形钢腹板PC部分斜拉桥结构动力性能分析

以朝阳沟水库特大桥为研究对象,采用三维有限元软件建立全桥空间力学模型,分别计算多箱室波形钢腹板箱梁、传统砼腹板箱梁的自振频率和振型,通过对比两种截面形式的动力特性研究多箱室波形钢腹板箱梁的受力性能,结果表明,将砼腹板换成波形钢腹板后,箱梁刚度和受弯性能得到改善,同时通过合理设置横隔梁,其抗扭性能得到提高;分别构建多箱室波形钢腹板箱梁部分斜拉桥、连续刚构桥和传统斜拉桥空间力学模型,对比分析不同结构形式多箱室波形钢腹板箱梁的自振频率和振型,分析3种桥型的动力特性和刚度,结果显示,波形钢腹板部分斜拉桥的动力性能、主梁刚度优越。     

拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响

以平顶山市城东河路湛河桥主桥为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥的空间有限元计算模型,分6种设计方案研究了拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响。计算结果表明,主拱肋倾角和稳定拱肋倾角的变化都对斜靠式拱桥自振频率影响较大,桥梁低阶自振频率随着拱肋倾角的增大而增大,但主拱肋倾角一旦超过1°后,桥梁第6阶以后的高阶自振频率相反会减小。计算结果可为斜靠式拱桥的设计提供参考。     

上承式拉索组合拱桥动力特性研究

采用有限元软件RM Bridge建立了上承式拉索组合拱桥的动力分析计算模型,采用子空间迭代法计算上承式拉索组合拱桥的自振频率和振型,并与结构参数相同的普通上承式拱桥动力特性进行对比分析.计算结果表明:上承式拉索组合拱桥和普通上承式拱桥的基频相同；上承式拉索组合拱桥的第一阶竖向振动频率比普通上承式拱桥的第一阶竖向振动频率提高了将近1倍.说明在拱肋平面内增加拉索,对上承式拱桥横桥向的水平刚度没有影响,但使上承式拱桥的竖向刚度得到明显提高.     

基于行波效应的钢管混凝土拱桥地震反应分析

基于多点激励的运动方程,在考虑行波效应的前提下,应用有限元软件ABAQUS,对某下承式钢管混凝土拱桥(倾斜拱肋、倾斜吊杆)建立全桥模型,进行自振特性及地震反应分析。由2~4阶振型表明,桥面梁系刚度大于拱肋刚度;由6阶以后振型表明,桥面外刚度大于面内刚度,在低频区主要是面内振动为主。由地震反应分析结果表明:行波效应使钢管混凝土拱桥结构内力有不同程度的增大,拱脚轴力比弯矩增幅更大,增幅与加速度峰值无正比关系,当超过临界波速后拱脚弯矩增幅开始反弹。临界波速与结构动力特性、地震波频谱特征等因素有关。另外,行波效应对拱桥控制截面位移影响比较复杂。     

钢管混凝土拱桥不同拱肋截面参数下的力学性能研究

以某钢管混凝土拱桥为对象,利用桥梁专用有限元程序Midas Civil建立全桥空间有限元模型,分自重、自重+活载两种工况,计算对比了三种不同拱肋截面参数下结构的静力性能、动力性能和稳定性能。研究结果表明:横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)结构与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)结构在吊杆受力方面区别较小,相同工况下的横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)所受轴力以及正挠度均小于前者;四肢桁架拱的位移与前两者相差较大,其负挠度过大;在动力方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)的自振频率和振型相似,后者基频更高;四肢桁架拱的刚度较低,其自振频率下降较大;在稳定性方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)的特征值略高于横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土),四肢桁架拱的特征值过小。     

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。     

混合梁轨道专用斜拉桥自振特性研究

以国内最大的混合梁轨道专用斜拉桥重庆高家花园大桥为研究对象,应用大型有限元软件建立全桥模型,采用子空间迭代法进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并在此基础上研究结构参数对桥梁低阶频率和地震响应的影响。计算结果表明:双塔混合梁轨道专用斜拉桥辅助墩的设置对桥梁结构刚度分配十分有限,低阶自振频率及振型影响较小;主梁横向刚度对主梁侧弯的振动频率影响较大;半漂浮体系和固结体系振动频率基本相同,漂浮体系主梁侧弯振动频率较前两者小,且地震作用下结构响应十分显著;主梁及2期恒载对主梁低阶频率和地震响应较为显著,而对索塔的低阶振动频率影响较小。研究成果可为同类斜拉桥的设计及施工提供参考。     

斜交连续T梁桥的动力特性分析及试验

以某三跨连续斜交T梁桥工程为背景,应用Midas Civil建立三跨连续斜交T梁桥空间梁格模型进行有限元模拟,分析了不同斜交角度对该类结构动力特性的影响变化规律,并考虑斜交角度影响,对现行《桥规》中连续梁桥冲击系数计算采用的基频通用计算公式进行了修正,最后通过实桥动载试验对所提出的基频修正公式进行了验证。研究表明:对于斜交连续T梁桥,随着斜交角的增大,前三阶竖弯振型从固有振型的一、三、五阶变化到了一、三、七阶,斜交角的变化对前两阶竖弯振型没有影响;当斜交角小于30°时,结构基频值与正桥相近,可以按正桥考虑;当斜交角大于30°时,基频计算应计入斜交角影响;当斜交角小于40°时,前三阶竖弯振型对应的自振频率值仍满足比例关系:π~2:3.55~2:4.3~2,与正桥相同;在实际斜交连续梁桥工程中,可利用实测得到的一阶自振频率通过这一比例关系得出第三阶自振频率,作为在计算因冲击力引起的负弯矩效应时采用的自振频率值;实桥动载试验验证了本研究所提出的基频修正公式计算结果是合理的;T梁之间采用刚接或铰接的连接方式,对结构动力特性几乎无影响,本研究结论适用于主梁之间为刚接或铰接的中小跨径三跨连续斜交T梁桥结构。     

高墩大跨度连续刚构桥空间动力特性分析

连续刚构桥动力特性是桥梁结构动力分析的前提和基础。以一高墩大跨度连续刚构桥为研究对象,运用有限元软件ANSYS建立其有限元模型,分析其结构参数对动力特性的影响。分析表明：1）主梁刚度增大,各阶振型频率也随之增大,且侧弯和竖弯振型的频率变化较为明显,对纵飘振型影响较小;2）桥墩刚度的变化对侧弯和纵飘频率影响较大,而对竖弯频率影响相对较小;3）纵向约束弹簧刚度对竖向和横向各阶频率无任何影响,但是可以显著增加纵向频率。     

大跨度异形拱桥动力特性分析

桥梁的动力特性包括自振频率、振型和阻尼比,它是评估桥梁整体性能的重要参数。该文通过有限元分析软件Midas对某大跨度异形人行拱桥动力特性进行分析,得到它的频率和振型,并结合现场模态试验验证了模型的可靠性。同时分析了拱桥的自振频率影响因素,发现拱肋的弹性模量和重度对拱桥的自振频率影响最大,吊杆的弹性模量和重度对它的自振频率影响最小。