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某斜拉桥动力性能分析的开题报告
一、研究背景
斜拉桥作为现代桥梁中的一项重要设计，已经被广泛应用。
由于其结构和形式的特殊性，斜拉桥的动力性能分析一直是研究的热点之一。
在实际工程设计时，斜拉桥的动力性能必须得到充分的考虑，以确保桥梁的安全运行。
因此，本文拟对斜拉桥的动力性能进行深入分析，研究斜拉桥的动力响应、振动特性等相关问题。
二、研究目的
本文旨在分析斜拉桥的动力性能，以利于深入了解斜拉桥的振动特性和动力响应，为斜拉桥的设计、施工和运营提供科学依据。
三、研究内容
1. 斜拉桥动力性能的基本概念和理论基础；
2. 斜拉桥振动特性和动力响应的试验研究；
3. 斜拉桥结构参数对其动力性能的影响分析；
4. 斜拉桥的动力响应计算和数值模拟方法研究。
四、研究方法
1. 文献综述法：对斜拉桥动力性能的现状进行深入分析，并引用相关文献资料。
2. 试验研究法：对实际的斜拉桥进行振动试验，获取相关数据。
3. 数值模拟法：通过有限元等数值模拟方法，计算斜拉桥的动力响应。
五、研究意义
斜拉桥是一种特殊的桥梁形式，其运行安全性和可靠性直接影响桥梁的使用寿命和社会经济效益。
本文的研究结果将有助于提高斜拉桥的设计和施工水平，同时提高斜拉桥的运行安全性和可靠性，促进社会经济的发展。
大跨度斜拉桥动力特性实测摘要：为了研究某跨海大桥的半漂浮体系斜拉桥的动力特性，对该斜拉桥进行了动力特性实测，通过对实测信号的分析，得到该大桥的固有频率和阻尼比。
关键词：斜拉桥；动力特性；固有频率；阻尼比0引言斜拉桥由于其跨越能力大、结构新颖高效而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一【1】，特别是在跨江跨海大桥这面优势更加巨大。
随着科技的发展，从近年来所建的斜拉桥来看，斜拉桥的建造正在向着跨度越来越大，主梁越来越轻柔方向发展。
斜拉桥跨度增大，主梁轻柔导致其刚度变小，对桥梁在车辆荷载、风荷载和地震荷载作用下动力响应尤为敏感，严重的会引起桥梁结构的破坏。
因而有必要对其动力特性进行研究，为其抗震、抗风设计提供依据和参考，是一项很有意义的工作【2】。
1 工程概括某跨海大桥主桥为主跨780m的五跨连续半漂浮体系双塔双索面斜拉桥，其跨径布置为95+230+780+230+95=1430m。
索塔采用钻石型，包括上塔柱、中塔柱、下塔柱、和下横梁，塔柱采用空心箱型断面，采用C50混凝土，塔柱顶高程230.70m。
主桥斜拉桥钢箱梁含风嘴全宽38m，不含风嘴宽34.108m，中心线高度3.5m。
主桥斜拉索采用1670 MPa平行钢丝斜拉索，全桥共25×4×2=200根斜拉索。
2 测试系统简介为了分析大桥的动力特性，本次实测选取了4个加速度传感器。
分别测量大桥的竖向振动和横向振动，加速度传感器布置在跨中截面，传感器布置位置如图1。
由于此次没有布置扭转加速度传感器，故扭转加速度信号则由这两个竖向加速度信号的差值除以其横向间距28m。
加速度传感器采用北戴河兰德科技的BC00-19超低频振动传感器，其最低采样频率为0.1HZ；采集模块采用的是美国恩艾公司的NI-9234，其具有抗混叠滤波强、精度高等、4通道同步采集等特点。
另外，采用美国NI公司的LabviewSignlaExpress信号采集系统。
斜拉桥板壳法施工模拟分析摘要：斜拉桥因其跨越能力大、节省材料、便于悬臂浇筑施工等众多优点而得到了越来越广泛的应用。
本文采用有限元分析软件ANSYS，通过建立板壳单元、实体单元模型，结合施工实际情况，对某斜拉桥悬臂施工的一阶段进行详细的计算分析，分析了该桥施工阶段结束后的状态，提取了施工结束后具有代表性的几个截面上的结点位移值，形成了位移曲线，得到了各点位移随着位置不同的变化规律。
Abstract:The cable-stayed bridge has been widely used because of many advantages for its large spanning capacity, more material savings, easy cantilever casting. In this paper, detailed calculation and analysis of the cable-stayed bridge during its cantilever construction are studied by creating plane-shell model and solid model through utilizing the finite element analysis software ANSYS. The analysis of the bridge construction stage after the end of the state, extract the construction after the typical several section of the node displacement value, formed the displacement curve, got the point displacement with the position of different change rule.关键词：斜拉桥施工；模拟；分析斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索构成，是一种桥面体系受压，支撑体系受拉的桥梁。
斜拉桥有限元动力分析发表时间：2019-04-28T09:05:58.047Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：李森[导读] 摘要：本文利用迈达斯Civil软件对某斜拉桥进行动力分析，具体包括模态分析、谱反应分析和地震时程分析，基于二水准、两阶段设计的抗震设防思想，经过计算在E1和E2地震荷载作用下，桥梁各构件均能满足抗震规范要求。
广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：本文利用迈达斯Civil软件对某斜拉桥进行动力分析，具体包括模态分析、谱反应分析和地震时程分析，基于二水准、两阶段设计的抗震设防思想，经过计算在E1和E2地震荷载作用下，桥梁各构件均能满足抗震规范要求。
关键词：斜拉桥、模态、谱反应、时程Dynamic analysis of cable-stayed bridge with FEALi Sen(Guangzhou University，Guangzhou 510006 China)Abstract: The dynamic analysis of a cable-stayed bridge with Midas Civil was conducted, including modal analysis, spectral response analysis and seismic time-history analysis, based on the two-level, two-stage design of seismic protection method, after calculation in the E1 and E2 earthquake load, each component of the bridge can meet the requirements of seismic code.Keywords: midas, cable-stayed bridge, modal, spectral response, time history在动力荷载作用下，桥梁的安全性问题不容忽视。
斜塔无背索部分斜拉桥静力性能与动力性能分析的开题报告一、研究背景和意义斜塔无背索部分斜拉桥是一种采用倒Y形式斜塔塔体，采用外挂有限数目的斜拉索替代传统的索面体系以支撑桥面的桥梁结构。
当前，许多重要的大型桥梁工程设计中采用了斜拉桥，例如北海大桥、崇明大桥等。
但目前，对于斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能研究还没有很全面深入的研究，因此有必要对其静力性能和动力性能进行深入研究。
本研究的目的是，深入探讨斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能，为这类桥梁的设计以及后期维护与管理提供参考。
二、研究方法和流程本研究将采用文献调研和仿真分析两种方法，具体流程如下：1. 文献调研：对斜塔无背索部分斜拉桥的设计理论、结构特点、建设流程、运营管理等方面进行详细的文献综述，总结目前已有的相关研究成果和缺陷。
2. 基于ANSYS软件对斜塔无背索部分斜拉桥进行模拟仿真分析，包括静力性能和动力性能两个方面，具体包括：（1）基本模型建立：采用ANSYS软件对斜塔无背索部分斜拉桥进行建模，包括塔体和斜拉索等各个结构单元；（2）静力学分析：在建立好的模型上通过ANSYS进行静力学仿真分析，探究斜桥在不同工况下的受力情况，包括静态荷载下的受力情况、变形程度、内力大小等；（3）动力学分析：在建立好的模型上通过ANSYS进行动力学仿真分析，探究斜桥在不同情况下的自振频率、动力响应等指标。
三、研究内容和预期成果本研究将重点探讨斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能，预期获得以下成果：1.详细的文献综述，了解目前已有的相关研究成果和缺陷。
2.斜塔无背索部分斜拉桥的ANSYS仿真模型建立和验证，确保分析结果的可靠性。
3.采用ANSYS软件对静力性能进行仿真分析，得出桥面在不同工况下的受力情况、变形程度、内力大小等。
4.采用ANSYS软件对动力性能进行仿真分析，得出斜塔无背索部分斜拉桥在不同情况下的自振频率、动力响应等指标。
5. 对斜塔无背索部分斜拉桥静力性能和动力性能进行定量分析，并总结其特点和不足之处。
斜拉桥动力分析模拟方法的比较编译 张太科,颜东煌,罗纪彬(长沙交通学院,湖南长沙410076)摘 要:以一座结合梁斜拉桥———开普吉拉多大桥为研究对象,对两种模拟斜拉桥动力特性的有限元方法进行了比较。
模型一假设主梁为矩形截面,在主梁高度处施加集中质量;而模型二则包括了另外用来模拟主梁的扭转特性的集中质量。
为检查忽略截面形状的影响,对两种模型的模态特点进行了比较。
模型二表现出了突出的扭转响应,是因为在模型中正确考虑了重心和扭心的位置。
关键词:斜拉桥;有限元模型;模态;动力分析中图分类号:U448.27;T U311.3文献标识码:A文章编号:1671-7767(2004)01-0053-03收稿日期:2002-12-18编译者简介:张太科(1976-),男,硕士生,2000年毕业于山东建筑工程学院交通土建专业,工学学士。
1 概 要由于主梁纵弯和扭转两种模式通常紧密的耦合关系,斜拉桥表现出复杂的力学特性。
这种耦合的动力特性大大增加了为设计和分析的目的而对桥梁进行模拟的难度。
主梁的设计对两种模式的耦合起着重要的作用。
特别当主梁截面的重心与截面扭转中心不相重合时,就必须准确地模拟主梁纵弯和扭转的耦合关系。
本文的重点在于论述有限元计算中模拟斜拉桥时忽略纵弯和扭转耦合特性的影响。
其中论述了两种计算模型:模型一,假设主梁质量都集中在主梁高度上来构建集中质量矩阵;模型二,考虑了主梁的C 形截面,用的是Wilson 和Gravelle 提出的方法。
最后,对分别基于两种模型计算所得的桥梁振动频率和振型结果进行了比较。
2 桥梁概述本研究所涉及到的桥梁是美国正在修建(预计2004年完工)的、位于密苏里州至伊利诺斯州的74号公路第146号桥梁———开普吉拉多(CapeGirade -au )大桥(其立面布置见图1),该桥横跨密西西比河,临近密苏里州的开普吉拉多,由HN TB 公司设计。
设计中的地震荷载组合符合AASH TO Div .I -A规范。
开普吉拉多大桥全长1205.8m ,其中,主跨长350.6m ,边跨长142.7m ,伊利诺斯州侧的引桥共长570m 。
主梁横截面见图2,桥面总宽29.3m ,共设4车道外加2条较窄的自行车道,中间设置混凝土隔离墙。
主梁为由钢梁和预应力混凝土板组成的结合梁,所用钢材为ASTM A70950W 级,屈服强度f y 为344M Pa ;混凝土板为预应力混凝土结构,f c ′为41.36MPa 。
主梁与P 2墩、P 3墩间的连接约束了x 、y 和z 向的位移以及对于x 、y 轴的转动。
主梁与B 1台(排架)、P 4墩的连接处允许x 方向的位移和对于y 、z 轴的转动。
桥塔为H 形,塔高为100m (P 2处)、105m (P 3处)。
每个塔承担64根斜拉索,全桥共计128根斜拉索。
塔身为变截面钢筋混凝土结构,其混凝土抗压强度f c ′为37.92MPa 。
3 有限元模型图1 开普吉拉多大桥立面布置53斜拉桥动力分析模拟方法的比较 张太科,颜东煌,罗纪彬图2 主梁横截面 在MATLAB 中建造了有限元模型,网格形状如图3所示。
本文中比较的两个模型的刚度矩阵用商业有限元软件ABAQUS 算得。
在这个软件中,进行了静态非线性分析,以得到结构在静态载荷下的变位。
然后把单元的刚度矩阵转换到MATLAB 中以待装配,在MATLAB 中还装配了集中质量矩阵,并与ABAQ US 中模型的结果相比较以检验正确性。
塔用梁单元来模拟,斜拉索用桁杆单元来模拟,由索的松弛所引起的几何非线性用Ernst 等效弹性模量来模拟。
由于P 4墩处的边界条件允许主梁轴向位移,所以伊利诺斯州侧的引桥部分(见图1)对桥梁的动力分析影响不大,就没有包括在模型中。
桥塔是固结在基岩之上,故土壤结构扰动的影响也可忽略。
图3 有限元网格3.1 鱼骨梁模型(模型一)在该模型中,主梁是作为矩形截面模拟。
标准主梁单元的弹性模量为2×105MPa ,换算面积为1.84m 2,等效扭转常数J eq 为6.08m 4,惯性矩I x 、I y 分别为0.61m 4、160.6m 4。
截面面积的计算是通过用混凝土和钢的弹性模量之比来把混凝土板换算为等效的钢的面积。
惯性矩的计算是用换算后的混凝土和钢的面积。
主梁等效扭转常数J eq 的计算考虑了自由扭转和约束扭转刚度两种,这也是Wil -son 和Gravelle 提出的。
典型的模拟主梁集中质量的换算质量为1.41×104kg ,关于x 、y 和z 轴的质量惯性矩分别为1.12×106kg ·m 2、1.10×106kg ·m 2和21.1×106kg ·m 2。
集中质量施加在有限元模型的每个主梁节点上。
换算质量是主梁上一个节段的质量(节段的定义为主梁两个节点之间的部分)。
截面各部分关于本身重心轴———第j (x 、y 和z )轴的惯性矩I mj 由下式计算:I mj =∑ni =1(I mi+m i r 2i )(1)式中,n 为主梁截面组成部分的数目,m i 为每部分的质量,r i 为各部分重心轴到第j 轴的垂直距离。
采用模型一的有限元模型网格有444个节点,162个梁单元,128个索单元,286个刚臂连接和67个集中质量,模型共有909个自由度。
3.2 C 形截面模型(模型二)主梁截面的形状如图2所示,很显然是由两条沿其轴向两侧的钢梁支撑混凝土板组成,构成了C 形截面。
Wilson 和Gravelle 着重论述了模拟这种C 形截面主梁的方法。
用这种方法,通过把整个节段的质量模拟为分布在主梁两侧的集中质量,建造了考虑C 形主梁截面重心和剪切中心的精确模型。
因而,鱼骨梁是没有质量的,集中质量用刚性连接与鱼骨梁相联结(如图4所示)。
集中质量施加于相对主梁截面剪切中心的截面重心的相应垂直位置。
图4 主梁截面的有限元模拟为正确的计算截面惯性矩,对于鱼骨梁还应考虑其它环节,集中质量关于第j 轴的惯性矩I j 用下式计算:I j =2M r2(2)式中,M 为每个集中质量的大小,r 为每个质量中心到j 轴的垂直距离。
然后根据式(1)计算主梁关于第j 轴的实际惯性矩I mj 。
所以修正截面惯性矩的计算公式为:Δj =I mj -I j(3) 各轴惯性矩的修正量Δj 为:Δx =-4.43×106kg ·m 2,Δy =-4.45×106kg ·m 2,Δz =18.4×103kg ·m 2。
负值表明集中质量对于截面惯性矩的贡献比实际截面惯性矩的还大。
所以,为得到正确的截面惯性矩,集中质量引起的超出部分由赋予鱼骨梁负的惯性矩值来抵消。
此处刚性连接是无质量的。
利用该种模拟方法所作的有限元模型有578个节点,162个梁单元,128个索单元,420个刚性连接和134个集中质量,模型总共有909个自由度。
应54世界桥梁 2004年第1期注意到,由于增加了节点和刚性连接,模拟C形截面模型的计算量比前者要大。
4 结果比较为对两种模型进行研究比较,用MATLAB计算了每个模型的自振频率。
表1提供了前10阶模态频率及主振型。
尽管两个模型的第1个自振频率是接近的(只差1.84%),但随后的频率逐渐相互偏离。
同时,模型二扭转频率显著变小。
模型一的第1个扭转模态频率为0.5264Hz,而这时模型二的是0.4711Hz,低了10%还多。
还有,随后的扭转模态变化从0.6306Hz和0.8801Hz到0.5275 Hz和0.7029H z。
竖弯模态影响很小,模型一的竖弯模态0.2978H z,0.3978Hz和0.5945Hz,相对应于模型二的0.3034Hz,0.3981Hz和0.6019Hz。
第3竖弯模态和第2扭转模态的比较如图5所示,应注意,尽管竖弯模态频率变化不大,扭转模态频率却显著减小。
从模型一的0.6576Hz 到模型二的0.6717Hz,第1个侧弯模态频率的增加是适度的。
表1 前10阶模态的振型及频率模态阶数模型一Hz模型二Hz10.2978竖弯0.3034竖弯20.3978竖弯0.3981竖弯30.5264扭转0.4711扭转40.5945竖弯0.5275扭转50.6306扭转0.6019竖弯60.6576侧弯0.6717侧弯70.6772竖弯0.6791竖弯80.7363竖弯0.7029扭转90.8600竖弯0.7323扭转100.8801扭转0.7379竖弯图5 两种模型的模态比较5 结 论本文采用两种模拟斜拉桥的方法模拟了密苏里州的开普吉拉多大桥,并建立了该桥的三维模型。
模型一取用了矩形截面来模拟主梁,集中质量施加在主梁的高度,而模型二利用附加在沿主梁两侧的集中质量来重现C形截面的动力特性。
两种模型的比较显示模型二的扭转模态较模型一有显著偏低的变化。
所以,如果要考虑桥梁的扭转响应,则应取用模型二。
然而,由于增加了集中质量和刚性连接,模拟C形截面的模型计算量较大。
参 考 文 献:[1]J M parison of M odeling Techniques for Dy-namic Analysis of a Cable-Stayed Bridge[C].P ro ceedings of the Engineering mechanics specialty conference[A].Aus-tin,Tex as.2000.55斜拉桥动力分析模拟方法的比较 张太科,颜东煌,罗纪彬。
