大跨度斜拉桥动力特性分析(精)

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。

大跨度桥梁结构的静动力特性分析及振动控制大跨度桥梁是现代高速公路和铁路交通的重要组成部分，它们的建设不仅需要高质量的工程施工，更需要对桥梁结构进行全面准确的静动力特性分析和振动控制，以保障行车安全和桥梁使用寿命。

本文将就大跨度桥梁的静动力特性及振动控制展开讨论。

一、大跨度桥梁的静动力特性大跨度桥梁由于其跨度较大，所以结构刚度相对较小，很容易受到外部因素（如风荷载、车辆行驶等）的影响而引起振动，从而影响行车安全和桥梁使用寿命。

因此，对大跨度桥梁的静动力特性进行分析并有效控制振动是十分必要的。

1.1 静力特性静力特性主要包括桥梁结构的受力分析、应力分析和变形分析等。

在桥梁施工过程中，对受力分析、应力分析和变形分析的计算和设计是非常重要的。

其中，静力分析主要考虑桥梁承载能力、耐久性和安全性等方面的问题，对于桥梁的长期稳定性具有重要意义。

1.2 动力特性动力特性主要包括桥梁结构的振动特性和动力响应特性。

振动特性包括自振频率、振型和耗能等；动力响应特性则是指桥梁受到外界作用时的响应情况。

对于大跨度桥梁，动态特性分析是非常关键的，它能够评估桥梁在运营过程中受到的各种振动可能会带来的危害，并保证桥梁设计的质量。

二、大跨度桥梁的振动控制大跨度桥梁的振动控制是指在桥梁使用过程中，采用一定的措施对桥梁的振动行为进行控制。

主要的振动控制措施有被动控制和主动控制两种方式。

2.1 被动控制被动控制是指采用钢筋混凝土、预应力混凝土、桥面铺装等建设措施来对桥梁振动进行控制的方法。

这种方法的优点是成本较低、施工简单，但是缺点也很明显，即控制能力有限，难以对各种振动行为进行有效控制。

2.2 主动控制主动控制是采用一定的技术手段对桥梁振动行为进行监测，并通过一些主动控制方式来控制桥梁的振动行为。

这种方法的优点是控制能力较强，可以对各种振动行为进行有效控制，但是相对于被动控制，主动控制的成本相对较高。

三、未来展望未来的大跨度桥梁结构设计和振动控制将更多的采用智能化技术和新材料。

主跨1400m斜拉桥静动力特性分析今日，主跨1400m斜拉桥已经在全国各地建成，它象征着中国斜拉桥建设的发展水平。

斜拉桥，作为一种结构形式，具有很高的结构效率和经济效益，在保证结构安全性的前提下，能够降低施工成本和施工周期。

在建造大跨距的斜拉桥的过程中，对结构的静动力特性的研究至关重要。

近年来，为了更好地解决静动力特性问题，我国开展了大量的研究，其中包括了以主跨1400m斜拉桥为研究对象的项目。

研究首先从基本力学原理出发，综合考虑结构在侧向、垂向和弯矩作用下的动力特性。

接下来，研究者对斜拉桥的连续梁、考虑布拉格法则的悬臂梁系统进行数值模拟，结果发现：斜拉桥的结构模式和动力特性在不同的作用力下表现出的行为规律是一致的，斜拉桥的结构变形也随着作用力的增大而变化，钢梁的组合方式对斜拉桥结构的动力特性具有一定的调节作用。

此外，研究者还利用人工模型法，进行了实验探讨。

实验以模型研究主跨1400m斜拉桥系统的连续梁为主，比较了不同钢梁组合比例以及不同温度变化下，斜拉桥的结构动力特性。

实验结果表明：在不同温度变化的条件下，斜拉桥的结构动力特性具有较高的变化度。

考虑到斜拉桥的构造特点，在钢梁组合比例不变的情况下，钢梁组合系统在温度变化条件下，会随着施工环境温度的变化而不断变化，所以在此情况下，斜拉桥的结构动力特性也会发生变化。

最后，研究者对主跨1400m斜拉桥进行了桥梁分析，全面考虑了各种约束条件，采用有限元分析技术，来计算桥梁的振型、振幅及振频特性，研究结果表明：主跨1400m斜拉桥的振动特性满足设计要求，在结构的安全性和施工的可行性方面，具有很大影响。

综上所述，主跨1400m斜拉桥的静动力特性分析，表明了该类型结构能够满足设计要求，具有很高的可靠性。

同时，在设计和施工斜拉桥时，必须对桥梁的静动力特性进行严格的研究，以保证桥梁的安全性与可靠性，确保建设斜拉桥的顺利完成。

大跨度斜拉桥论文：不同地震激励下大跨度斜拉桥地震响应分析【中文摘要】地震是一种破坏力巨大且又难以预测的自然灾害,特别是对大跨度斜拉桥的震害往往会带来巨大的生命财产损失。

因此,对此类桥梁的抗震进行系统、全面的研究具有十分重要的理论价值和工程实际意义。

本文基于大跨度桥梁振动分析理论,在国内外现有桥梁抗震研究成果的基础上,详细阐述了桥梁地震分析方法的演变过程,分析比较了各种方法的优缺点,并采用反应谱法和动态时程分析法,以内蒙古小沙湾黄河特大桥为工程背景,对该双塔双索面斜拉桥的地震响应展开深入研究,主要包括以下几个方面的内容：(1)采用大型通用有限元程序ANSYS,建立全桥三维有限元动力分析模型对小沙湾黄河特大桥动力特性进行分析,研究了其自振特性,符合半漂浮体系斜拉桥的特点。

(2)基于该斜拉桥的自振特性,在地震波沿纵、横、竖向及三维地震动输入情况下,分别进行反应谱分析和一致激励线性动态时程分析,对两组分析结果进行比较。

两种方法计算的结果有比较明显的差异,为计算安全起见,对小沙湾黄河特大桥进行地震响应分析时应将两种方法相结合,综合权衡以得到比较满意的结果。

(3)基于斜拉桥在地震动加速度时程输入下的几何非线性特性,进行一致激励非线性地震动态时程响应分析。

通...【英文摘要】As a destructive and unpredictable natural disaster, the earthquake occurred that would cause huge lossof lives and property, in particular the damage of the long-span cable-stayed bridges. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to conduct comprehensive and systematic investigation on the earthquake-resistance of bridge.On the basis of the vibration theory of the long-span cable-stayed bridges and the achievements of theoretical investigation of aseismic analysis at home and a...【关键词】大跨度斜拉桥动力特性反应谱动态时程分析行波效应【英文关键词】long-span cable-stayed bridge dynamic characteristics seismic response spectrum dynamictime-history analysis traveling-wave effect【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】不同地震激励下大跨度斜拉桥地震响应分析摘要3-5Abstract5-6第1章绪论11-17 1.1 选题的目的及意义11-12 1.2 大跨度桥梁抗震设计研究现状和存在的问题12-16 1.2.1 桥梁工程抗震设计规范及其局限性12 1.2.2 大跨度桥梁地震动输入研究现状和存在问题12-15 1.2.3 大跨度斜拉桥地震反应分析研究现状和存在问题15-16 1.3 本文主要研究内容16-17第2章桥梁地震反应分析方法17-28 2.1 静力法17-18 2.1.1 弹性静力法17-18 2.1.2 非线性静力Pushover分析—倒塌模态分析方法18 2.2 反应谱法18-24 2.2.1 概述18-20 2.2.2 反应谱法的基本原理20-21 2.2.3 反应谱理论的地震力计算21-23 2.2.4 反应谱振型组合方法23-24 2.3 动态时程分析法24-27 2.3.1 概述24 2.3.2 时程分析法的基本原理24-25 2.3.3 逐步积分法求解运动方程25-27 2.4 本章小结27-28第3章内蒙古小沙湾黄河特大桥的动力特性分析28-48 3.1 斜拉桥有限元模型的建立方法28-31 3.1.1 桥面系28-29 3.1.2 斜拉索29 3.1.3 主塔29-30 3.1.4 基础30-31 3.2 小沙湾黄河特大桥工程概况31-35 3.2.1 技术标准32 3.2.2 结构参数32-35 3.2.3 材料参数35 3.3 小沙湾黄河特大桥动力计算模型的建立35-40 3.3.1 材料特性的输入35-36 3.3.2 桥面系的模拟36-37 3.3.3 斜拉索的模拟37-38 3.3.4 主塔的模拟38 3.3.5 墩、基础和支座的模拟38-40 3.4 小沙湾黄河特大桥动力特性分析40-47 3.4.1 桥梁结构自振特性计算理论40 3.4.2 小沙湾黄河特大桥固有频率和振型40-47 3.5 本章小结47-48第4章内蒙古小沙湾黄河特大桥地震反应谱分析48-64 4.1 抗震设防目标48 4.2 抗震设防水准48-49 4.3 桥址设计反应谱49-52 4.3.1 规范反应谱49-50 4.3.2 小沙湾黄河特大桥桥址设计反应谱50-52 4.4 小沙湾黄河特大桥的反应谱分析52-62 4.4.1 纵向振动分量作用分析53-54 4.4.2 横向振动分量作用分析54-57 4.4.3 竖向振动分量作用分析57-58 4.4.4 三向正交分量的组合分析58-61 4.4.5 不同地震激励下主梁、桥塔地震响应峰值比较61-62 4.5 本章小结62-64第5章内蒙古小沙湾黄河特大桥地震时程响应分析64-105 5.1 地震动加速度时程的选择64-68 5.1.1 地震动输入方法64-66 5.1.2 地震动输入模式66-67 5.1.3 小沙湾黄河特大桥地震加速度时程的选定67-68 5.2 本章阻尼矩阵的形成68-69 5.3 小沙湾黄河特大桥线性一致激励地震时程响应分析69-86 5.3.1 一维地震动输入下地震时程响应分析69-77 5.3.2 二维地震动输入下地震时程响应分析77-82 5.3.3 三维地震动输入下地震时程响应分析82-86 5.3.4 小沙湾黄河特大桥线性一致激励时程响应分析小结86 5.4 时程分析与反应谱分析的对比86-89 5.5 考虑几何非线性的小沙湾黄河特大桥地震时程响应分析89-98 5.5.1 大跨度桥梁的几何非线性计算理论89-91 5.5.2 考虑几何非线性的地震时程响应结果91-98 5.6 非一致激励下空间特性的影响分析98-103 5.6.1 地震动空间变化98-100 5.6.2 计算假定100 5.6.3 位移响应分析100-102 5.6.4 内力响应分析102-103 5.6.5 小结103 5.7 本章小结103-105第6章大跨度斜拉桥地震响应主要参数影响分析105-119 6.1 结构弹性模量对结构响应的影响105-108 6.1.1 主梁弹性模量变化105-106 6.1.2 桥塔弹性模量变化106-108 6.2 考虑桩—土—结构动力相互作用对斜拉桥地震响应分析的影响108-112 6.2.1 桩—土—结构动力相互作用计算方法108-109 6.2.2 小沙湾黄河特大桥桩基基础构造及有限元计算模型109-110 6.2.3 地震响应分析结果110-112 6.3 不同阻尼计算模式对斜拉桥地震响应分析的影响112-117 6.3.1 三种阻尼模式113-114 6.3.2 采用不同阻尼计算模式的地震响应分析114-117 6.4 模态数量对结构响应的影响117-118 6.5 本章小结118-119第7章结论与展望119-1217.1 结论1197.2 展望119-121参考文献121-125致谢125-126攻读硕士学位期间发表论文126-127攻读硕士学位期间参加的项目127。