影响单索结构振动特性的参数分析

利用动力有限元方法,分析抗弯刚度以及支承条件对单索结构自振特性的影响,得出一部分有益的结论,可以为利用频率法测试索力以及研究索的振动特性提供参考。     

桥梁工程综述连载 五、斜拉桥

一、斜拉桥的发展概况斜拉桥,又名斜张桥、斜缆桥或拉索桥,它是一种悬吊式的桥梁结构。根据历史记载,我国是最早修建悬吊式桥梁的国家。最早的吊桥,其承重索是用藤或竹编成的单根索。鉴于单索不够安全,自然就出现多索桥,见图1。可见,较原始的多索吊桥(图1c、d 和 e)就是近代斜拉桥的雏形。     

提高斜拉索索力估算精度的一种新方法

根据斜拉桥拉索振动的特点,建立了考虑垂度及斜度影响的振动微分方程,并利用奇异摄动解法进行求解。不仅考虑了索的刚度,而且将索的边界条件假定为简支和固支耦合的情况,在此基础上提出了频率法的索力计算实用公式。分析比较了目前国内外的其他主要计算公式,结果表明该公式具有高精度和计算方便的特点。将该实用计算公式用于南京长江三桥施工控制中,通过对实际斜拉索测试得到的各阶频率进行计算,并与设计索力和压力传感器得到的索力进行对比分析。计算表明该公式能够满足实际工程的需要,可广泛适用于频率法测估各种索类结构的内力。     

缆索吊装系统索塔偏位准确计算方法研究

从单索在索端外力作用下支点位移计算的基本原理出发,介绍了设置缆风索的塔架和设置压塔索的缆索吊装系统索塔在外力作用下塔偏位的等效弹模法计算方法,推导给出了设置压塔索的缆索吊装系统铰支塔偏位计算公式。系统性论述了利用悬链线理论的索力～支点位移关系求解索弹性刚度,利用塔顶索端张力变化量与外力建立平衡迭代条件,采用循环迭代准确求解塔偏位的悬索单元法基本原理和方法。通过算例,对等效弹模法和悬索单元法计算结果进行交叉验证,证明了悬索单元法进行缆索吊装系统塔偏位计算的准确性和可靠性。     

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。     

基于频率法的斜拉索索力测试影响因素分析

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,其索力的大小直接影响桥梁结构的内力和变形状态。频率法是运营期间的桥梁索力测试的常用方法。本文以某斜拉桥为例,通过MIDAS CIVIL建立全桥有限元模型,确定合理成桥状态,结合ANSYS斜拉索减震装置仿真分析,采用频率法对其斜拉索索力进行测试,综合考虑频率法精度的各影响因素,对索力进行安全判定。结果表明:利用未知荷载系数功能优化后的索力可靠性较高;随着减震器等效刚度的不断增大,计算索长选取方式对索力误差存在影响;考虑减震器为刚性支撑,其计算的索力更能接近真实索力;该桥实测索力整体与原成桥索力差别不大,斜拉索索力整体处于安全可控的范围内。     

多塔斜拉桥加劲索涡激振动实测与时域解析模态分解

为研究多塔斜拉桥中塔加劲索涡激振动时域和频域特性，对多根加劲索开展了振动加速度测量和风速、风向观测，研究了加劲索振幅与风速和风向的关系，分析了加速度时程的时域和频域特征。采用解析模态分解法对加劲索涡激振动加速度时程进行了分解，分析了所得分量的时域和频谱特征。研究发现，在无雨和较低风速条件下，同侧并列加劲索仅迎风侧发生明显涡激振动，其峰值振动是以频率为6.25 Hz的第28阶模态主要参与为特征，为高阶多模态涡激振动，明显发振风速约为4~5 m·s^-1，风向接近垂直桥轴线，其面内振动明显大于面外。1^#加劲索面内涡激振动时程分解得到的3个相邻高阶频率时程分量显示，第28阶模态振动加速度随时间的变化，主导了加劲索振动加速度幅值的增大和减小。同时认为，解析模态分解法不仅能较好地分离含有多个密集频率分量的时域信号，且分解得到的分量不改变原信号分量的频率特征，分解分量再合成的信号与原信号时频特征完全一致。因而可采用解析模态分解法分解具有多个密集频率分量的柔性结构响应，能有助于工程结构风致响应的模态参数识别。     

湖南益阳茅草街大桥长系杆施工技术

介绍了益阳茅草街大桥主桥长系杆的放索和张拉施工工艺，说明了利用已施工结构直接进行系杆索的自动放索、采用“悬浮”张拉的施工方案。施工实践表明，利用最大行程仅20cm的千斤顶一次连续张拉延伸量超过1m的系杆索，具有设备配套简单、自动化程度高、施工进度快、操作安全等优点。     

斜拉桥索力测量的可靠度研究

从概率分析的角度探讨频率法测量索力的精度.综合运用响应面-蒙特卡罗法,以及索力-频率对应关系的有限元及样条拟合方法,形成一种计算量少、计算精度高的频率法测量索力可靠度分析方法.该法可以考虑索结构参数和索实测频率变异性对频率法测量精度的影响.采用该法对广州珠江黄埔大桥北汊斜拉桥各施工阶段的索力测量进行可靠度分析,获得理想的结果,检验了方法的正确性与实用性,同时也为该桥索力测量提供概率意义下的精度信息.     

考虑流固耦合CFRP拉索风振响应分析

以肇庆市阅江大桥工程为背景,采用等效强度法,以CFRP材料替代传统钢拉索,采用Davenport脉动风速谱,利用Matlab对阅江大桥拉索结构风场进行仿真模拟。以模拟数据作为结构风场条件,考虑两类拉索空间结构工况,通过Workbench对钢索及CFRP拉索流固耦合风振响应进行计算分析。计算结果表明:采用CFRP作为拉索材料,索结构的风振响应表现相比传统钢索有增强亦有减弱,但CFRP索的振动频率在不同流场分布下均有提高。     

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。     

提高频谱法测量斜拉桥索力精度的方法

频谱法测量索力具有方便、准确和快速等特点,但随着斜拉桥跨度增大,斜拉索越来越长,斜拉索自振频率较低,实际测试中高阶频率出现较多,频率阶数不易确定,易出现测量错误,且用简化频谱法公式计算索力误差较大.根据斜拉索自振频率fn与阶数n之比随n值缓慢增大的规律,提出采用观察fn/n序列识别索的频率阶数的方法,并结合多个实例,确...     

无背索斜拉桥动力特性的参数影响分析

以某座主跨120m的双斜塔无背索斜拉桥为工程背景,采用有限元软件midas Civil建立单主梁有限元模型,分析虚拟刚臂截面尺寸和材料弹性模量的取值对结构基频的影响程度,并研究前9阶振动频率和振型,最后通过改变材料的弹性模量,分析斜拉索刚度、主梁刚度和主塔刚度的改变对结构振动频率和振型的影响。结果表明,刚臂截面的宽度对结构基频影响最大;斜拉索的刚度对结构的整体刚度影响很小,其中塔的纵弯对斜拉索刚度的改变比较敏感;增大主梁的刚度可以调整主梁和主塔振动形式出现的先后顺序;主塔刚度的增加,使主梁的侧向扭转振型后移。     

斜拉桥斜索频率检测的温度修正

总结了斜拉桥斜索频率与温度变化之间的规律性，为提高采用振动频率法检测斜索率的精度，提出一种消除温度影响的处理方法。     

基于单索理论的多塔悬索桥简化计算模型

为解决初步设计阶段采用挠度理论模型进行多塔悬索桥静力计算时面临的非线性方程数量剧增和收敛性问题,基于单索理论提出了多塔悬索桥在最不利荷载工况下结构控制参数计算的简化模型。根据加劲梁对悬索桥结构整体刚度贡献的研究将挠度理论模型简化为仅由1个积分方程控制的单索模型;然后,根据桥塔的变形协调条件,建立了考虑跨间耦合受力的多塔悬索桥的简化计算模型;最后,以1座三塔四跨悬索桥为例,分别采用有限元法、基于挠度理论和单索理论的解析模型对6种活载工况进行了计算。结果表明:在活载控制工况下,2种解析模型的计算结果间差异很小;与有限元结果相比,简化模型计算所得的加劲梁位移及缆索内力的最大相对误差均在5%以内;提出的方法不仅形式简单还具有较高的精度,可用于大跨度多塔悬索桥的简化计算。     

斜拉索索股及索套振动一致性研究

依托贵州六广河特大桥,对索股和索套的振动进行大样本量平行试验,验证了其索股、索套振动的高度一致性;通过综合分析拉索参数及边界条件,得到了在不考虑拉索抗弯刚度的前提下,索套与索股紧密接触的条件存在时,以索套自振频率代替索股自振频率进行索力换算的误差能被接受的结论,并将上述结论应用于右侧斜拉索采样分析中,获得了满意的效果。     

加劲索对大跨三塔铁路斜拉桥动力特性的影响研究

为研究加劲索布置和刚度对三塔铁路斜拉桥动力特性的影响,以蒙华铁路洞庭湖大桥为工程背景,采用有限元软件ANSYS建立模型,分析设置主塔交叉索,塔、梁加劲索和塔顶水平加劲索对大跨三塔铁路斜拉桥动力特性的影响,并对加劲索不同布置形式下其刚度变化对动力特性的影响进行参数化研究。结果表明:加劲索对侧弯频率几乎没有影响;设置主塔交叉索对扭转频率有一定的提升,而设置塔、梁加劲索和设置塔顶水平加劲索对此几乎没有影响;加劲索能够大幅提高三塔斜拉桥的竖弯频率,且在相同刚度条件下,设置主塔交叉索对三塔斜拉桥竖弯和纵飘频率的提升最大,设置塔顶水平加劲索次之,设置塔、梁加劲索最小。     

斜拉桥辅助索减振模型试验研究

以试验和数值模拟的方式,研究了辅助索对斜拉索振动特性的影响。采用与实际结构尺寸和强度等效缩尺模型模拟超长拉索在实桥中位置,通过人为激励方式开展振动试验,研究过程通过不同的辅助索方式来研究索网振动衰减和基频变化情况,并对以上试验过程开展数值模拟。结果表明,辅助索可有效提高主索的振动频率,数值模拟基本可还原实验过程,为全面开展辅助索减震研究提供有力的依据。     

体外预应力索自由长度分析

转向块(锚固端)间的体外预应力索可能产生独立于梁的振动,若其频率与梁的固有频率接近,就可能发生共振。当频率相近时,改变梁的截面特性或体外索的正常使用应力都不是好的解决办法,而通过改变体外索的约束长度来改变其固有频率,在经济、效果及可行性方面,都不失为一个理想的方法。体外索的无侧向支承的自由长度不应过大,根据常见桥梁频率和我国钢绞线的使用情况,体外索可控制在12m之内,这样桥梁和体外索的自振频率就相互错开,也就避免了共振问题。     

振动频率法测试斜拉桥拉索索力的应用研究

介绍了几种索力测试方法,概述了频率振动法的基本原理,以南京长江第二大桥南汊斜扎桥为工程背景,重点研究了垂度、阻尼器以及环境温度对振动频率法索力测试的影响程度.为该桥的结构状态评估提供了重要依据.