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.     

斜塔无背索部分斜拉桥结构设计研究

结合工程实例,研究了斜塔无背索结构的静力平衡、结构特征以及设计计算方法,提出了斜塔无背索斜拉桥结构的分类原则、设计参数及构造特征,研究结果表明:斜塔无背索斜拉桥可按塔梁刚度比进行分类,柔塔刚梁类属于部分斜拉桥的范畴,设计参数主要采用竖向荷载分担率Ψ和拉索活载应力幅[σ]两个指标,构造上具有桥塔较柔且倾向边跨、主梁较刚且多跨连续、拉索以竖琴形为主等特点,设计计算重点在一般结构分析,常采用空间梁格法.     

无背索竖琴式斜拉桥混凝土斜塔结构设计与研究

无背索斜拉桥是一种全新概念的造型优美独特的桥梁结构形式。它的最大特点是利用塔柱倾斜来平衡桥面恒载和活载,不设背索,改善了桥梁结构和自然景观之间的关系,打破了传统的直塔斜拉桥的设计理念。本文以长沙市洪山大桥——单索面竖琴式斜塔斜拉桥为工程背景,主要从设计的角度介绍了无背索斜塔斜拉桥的受力特点,混凝土斜塔柱主要结构参数的选取、斜拉索的索力确定及其在塔内的锚固位置和形式等。并且通过与常规的直塔斜拉桥的对比分析,对混凝土斜塔的合理结构进行了探讨。     

不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响

斜拉索由于其轻、柔的特点,经常在外部环境的影响下产生较大的振动,从而对桥梁的力学性能产生影响。以赤石大桥为工程背景,采用不同的斜拉索单元建立了不同的四塔斜拉桥整桥有限元模型,对桥梁的变形、频率、模态等力学性能进行了系统地研究。采用弦振动理论计算出了斜拉索的自振频率与ANSYS算出的索单独振动的频率进行了对比。结果表明,斜拉索采用BEAM3或者LINK1单元时计算出的索单独振动的频率与弦振动理论算出的频率吻合得非常好,短索所得计算结果相对于长索误差稍大。     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大,斜拉索长度也越长,会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶,涡激共振参与模态为高阶,这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法,研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper,VIMD）的斜拉索减振效果。首先,将斜拉索简化为张紧弦,建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程,采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后,以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景,研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后,研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响,并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元,可显著提高斜拉索的模态阻尼比,非常有利于减振;斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合,这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同;斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

多塔斜拉桥中的共振模式研究

以赤石大桥为基础,通过有限元法,对多塔斜拉桥可能的共振模式进行了研究。首先,基于赤石大桥的相关资料,建立了多塔斜拉桥的平面有限元模型;其次,通过斜拉索频率与弦理论计算结果的对比,对有限元模型进行了修正;最后,通过对多塔斜拉桥自由振动模态和频率的深入研究,提出斜拉桥局部混合模态的新概念和揭示了多塔斜拉桥可能的复杂动力学行为,具有一定的科学意义和工程参考价值。     

无背索斜拉桥结构设计与施工

无背索斜拉桥是一种新型斜拉桥,其造型独特,且极具视觉冲击,适合于对景观要求较高的城市桥梁。为了全面了解其结构构造、受力特点及动力特性,以某无背索斜拉桥方案设计为例,详细介绍了主塔、主梁、拉索等主要构件结构设计,并通过建立三维有限元模型,分析了其动力特性与稳定性。结果表明,一阶失稳模态为主塔侧弯,其稳定系数偏高,主塔截面仍有优化空间。另外,分析了无背索斜拉桥的斜塔倾角及主梁截面形式选取等关键技术问题,并介绍了无背索斜拉桥施工方法     

张力腿悬浮隧道的动力学模型和自振特性

建立了张力腿悬浮隧道在外荷载下的面内动力学方程并进行了结构自振特性的分析。将悬浮隧道沿跨径方向视为一系列支撑拉索和管体组成,其中拉索和管体分别在局部坐标系和整体坐标系中考虑,通过Morison方程考虑流体作用于构件上的升力和拖拽力。采用Hamilton原理建立各个构件的动力学方程,组合得到整体结构的动力学模型。由对应的线性无阻尼自由振动方程确定构件模态函数的形式,再结合各构件的边界条件和匹配条件可得用于求解频率和模态的特征方程。经有限元法对比验证,该方法可有效获取悬浮隧道各种振动形式的频率和模态;算例分析表明各阶次频率十分密集,索局部振动、结构整体振动同时依次存在于频率谱上。     

拉索损伤对无背索斜拉桥自振特性影响分析

为了研究拉索损伤对无背索斜拉桥自振特性的影响,对金州无背索斜拉桥进行有限元计算,得出该斜拉桥的自振特性,对比分析了不同拉索损伤和拉索不同损伤程度下桥梁的自振特性。     

枣庄市跨京沪线空间扭背索斜拉桥方案研究

以枣庄市跨京沪线立交工程主桥为工程背景,对独柱斜塔空间扭背索结合梁斜拉桥进行研究,介绍了主桥的桥跨布置、桥梁方案,同时对主梁、斜拉索、主塔及锚固构造进行深度分析,并采用对比分析法选取了合理的方案。     

悬链线型斜拉索风雨激振模型及特性分析

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长,以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力,建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型,并推导出以各阶模态为坐标的拉索振动微分方程。以不同参数拉索为例,对拉索与水线的耦合运动微分方程组进行数值求解,并将计算结果与基于抛物线型的拉索风雨激振理论模型进行了比较。结果表明：在某些情况下,拉索采用悬链线型与抛物线型的计算结果在拉索振幅、参振模态、空间振动形态、振动频率、拉索与水线相位差以及水线的振动频率上有很大差异;垂度影响系数对拉索低阶模态有较大影响,抛物线型垂度影响系数大约是悬链线型的一半;采用悬链线型建立的拉索风雨激振理论模型得到的拉索各阶模态的自振频率比采用抛物线型模型的计算结果要高,模态阶数越低,自振频率差距越明显。     

CFRP斜拉索对多塔斜拉桥整体刚度的敏感性研究

CFRP斜拉索在斜拉桥中的应用研究是近年来工程界和学术界研究的热点问题。针对未来多塔斜拉桥应用CFRP索替换钢质拉索进行桥梁设计和换索的工程实际问题,基于赤石大桥的初步设计资料,建立一般多塔斜拉桥的平面有限元模型。针对CFRP索对桥梁整体刚度可能带来的影响,从静态变形和动力学整体模态频率对斜拉索换索的不同工况的敏感性进行了研究。研究表明,CFRP索替换钢质拉索在静动力学性能两个方面均能有效提高原桥刚度,具有较大的应用前景。     

基于有限元方法的斜拉索线形参数计算

随着斜拉桥的跨径越来越大,斜拉索的非线性特征所引发的问题变得更加突出,精确计算斜拉索的线形成为重要研究课题。以往计算斜拉索的线形参数均是采用解析方法,现将以有限元方法为计算工具,构建可调节无应力索长的斜拉索有限元模型,通过二分法迭代,精确计算出斜拉索的线形,再提取其设计参数,并与解析计算结果作对比。结果表明用该方法计算斜拉索线形参数得到的精度较高,可以应用于斜拉桥设计。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析.首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系....     

无应力长度正装迭代法在无背索斜拉桥工程中应用

在斜拉桥施工过程中,每次张拉的斜拉索都会对其他斜拉索产生复杂的影响,通常采用倒拆法、倒拆-正装法及无应力状态法均存在不同程度的不闭合问题,不容易求解到合理的施工过程索力。为研究确定无背索斜拉桥施工时合理施工状态的方法,以一座主跨180 m无背索斜塔单索面钢混组合斜拉桥为例,采用Midas Civil基于无应力长度结合正装迭代思路建立成桥阶段和施工阶段有限元分析模型。首先根据初始索力求解出无背索斜拉桥初始无应力长度,然后依据最小二乘原理通过多次正装迭代分析,使斜拉桥施工最终状态和成桥目标状态差异达到允许范围内,求解得斜拉桥合理施工状态的索力值。通过实例证明,基于无应力长度正装迭代法可以较好地解决无背索斜拉桥施工正装分析的不闭合问题,完成索力优化,满足工程精度要求。对无背索斜拉桥合理成桥状态索力及合理施工过程索力优化提供了一定参考,具有一定的推广价值。     

CFRP拉索斜拉桥模态试验与分析

采用环境脉动法对CFRP拉索斜拉试验桥进行模态试验.联合采用峰值拾取法和互功率谱(PSD)法来识别模态参数,并将其与有限元模型计算结果进行对比分析;按等轴向刚度准则将CFRP索替换为钢索,比较不同索模型的动力特性.结果表明:实测结果与计算结果基本吻合,相对钢索,CFRP索斜拉桥自振频率有所提高.     

索-梁组合结构面内非线性振动试验研究

针对索-梁组合结构中拉索的大幅振动问题,基于索-梁组合结构基本理论,建立索-梁组合结构的试验模型。通过调整拉索的索力改变索与梁的频率关系和步进式扫描方法,对拉索的主参数共振,索与梁的1∶1和1∶2内共振等非线性振动进行了试验研究,得到了激励频率-响应幅值曲线。试验结果表明:索在亚谐波参数共振的同时与梁发生内共振,其大幅振动处于非常危险状态,比一般情况下的亚谐波共振更应引起重视。     

无背索竖举式斜拉桥拉索索力敏感性分析

以长沙市洪山大桥为工程背景,对洪山桥换索或断索进行了理论计算分析。采用频率法弦振理论简化计算索力的公式对洪山桥斜拉索在挂索期间的索力进行了测试和计算,根据测试及计算结果详细地分析了无背索竖琴式斜拉桥索力的变异性和敏感性。     

无背索竖琴式斜拉桥拉索索力敏感性分析

以长沙市洪山大桥为工程背景,对洪山桥换索或断索进行了理论计算分析.采用频率法弦振理论简化计算索力的公式对洪山桥斜拉索在挂索期间的索力进行了测试和计算,根据测试及计算结果详细地分析了无背索竖琴式斜拉桥索力的变异性和敏感性.     

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。