独塔双索面斜拉桥动力特性分析

– 12 –现代物业・新建设 2012年第11卷第5期（1）式中：[M]、[C]、[K]分别为桥梁结构的质量、阻尼、刚度矩阵； 、 和δ分别为桥梁结构的加速度、速度和位移向量；F为作用于桥梁空间梁单元的力向量。

求桥梁自振特性时，阻尼影响不大，一般不考虑其影响。

令[C]=0、{F}=0,则得到其无阻尼自振方程， 即（2）式(2)具有非零解的条件为:（3）式中：[M]、[K]含义同式子（1），ω2为振型的特征值(自振频率)。

式（2）的特征方程(频率方程)为:（4）式中：[M]、[K]含义同式子（1），ωn 2为第n 阶振型的特征值（自振频率）；δn 为第n 阶振型向量，即主振型（模态）。

对于式（3）求解广义特征值问题求解方法比较多，常用的有Lanczos向量迭代法、逆迭代法、Rayleigh- Ritz 法、Jacobi（雅可比）法、Ritz向量迭代法、子空间迭代法等。

０ 前言斜拉桥发展至今已有四十多年的历史，斜拉桥的主跨跨径也不断增大。

目前，世界著名海峡正准备建造主跨1,300～3,000m的斜拉桥。

斜拉桥具有外观轻巧、跨度大、结构性能好、施工简便等优点，在国内外得到迅速发展。

斜拉桥的动力特性是其结构动力分析及设计的前提,结构的动力特性取决于结构的组成体系、刚度、质量和支承条件等。

因此建立一种理想的大跨度斜拉桥动力分析模型，并进行动力分析，掌握其特性，具有十分重要的意义。

1 分析方法及原理桥梁结构的振动特性主要取决于其各阶自振频率和主振型等。

自振频率首先是表征结构刚性的指标，同时也是判断结构在动力作用下是否会发生车桥共振的依据。

桥梁的动力方程可写为：现代建设 Modern Construction独塔斜拉桥非线性动力特性有限元分析何军拥（广东工贸职业技术学院，广州　广东　510510）摘 要：自振频率是评价桥梁动力性能的重要依据。

结合某斜拉桥工程设计实例，考虑结构的非线性，采用大型有限元分析程序ANSYS建立三维有限元模型。

非对称混合梁独塔斜拉桥风致颤振分析杨从娟(石家庄铁道大学工程力学系。

石家庄050043)桥粱摘要：新建海河大桥为独塔双索面半漂浮体系的斜扭桥。

该桥为非对称混合梁斜拉桥，主桥孔径布置为310m+2x50m+2X40I l l。

利用有限元建立空间分析模型．对该桥施工过程中吊装最大单悬臂状态扣成桥状态的2种状态进行动力特性分析，研究其振型特征和周期，根据其动力特性按经典理论计算弯扭耦合颤振和分离流耦合颤振临界风速。

并根据规范计算弯扭耦舍颤振和分离流耦夸箭振检验风速。

对谊桥风致颤振进行评估；通过评估。

谊桥钢箱粱悬臂拼装全过程和成桥运营状态均能抑帝j自激风振；成桥稳定性指数大于2．5小于4．0，建议进行节段模型风洞试验。

关键词：独塔斜拉桥；混合梁；动力分析；颤振中图分类号：U448．27文献标识码：A文章编号：1004—2954(2012)06—0083—03A nal ys i s onW i nd-Exci t ed Fl ut t er of C abl e-S t ayed B r i dge w i t hA s ym m et r i c C om pos i t e G i r de r and Si ngl e Pyl onY A N G C ong-j uan(D epar t m ent of E ng i nee r i ng M e chan i cs，Shi j i az huan g T i ed ao U ni ver si t y，Shi j i az huang050043，C hi na)A bs t r act：W i t h as ym m et r i c c om posi t e gi r de r，si ngl e pyl on and m ai n bri dge s p a n ar r ange m ent(310+2×50+2x40)m，t he new H ai he R i ve r B ri dge i s a cab l e—st ay ed bri dge i n doub l e ca bl e pl a ne and s enl i-f l oa t i ng s ys t em．T he ar t i cl e es t abl i she d s p a c e ana l ys i s m odel by usi ng t he f i nit e el em ent m et hod，a nda na l yz ed t he dynam i c ch ar ac t er i st i c s und er t he t w o st ages，re spe ct i vel y t he s t a ge of ho i st i n g i n m a xi m umsi n gl e c ant i l e ver s t at us dur i ng bri dge cons t r uct i on a nd t he s t a ge of com pl et i o n．A ft er w ar ds，t he ar t i cl er es ea r ched i nt o i t s vi br a t i on m odel f e at ur e s a nd per i ods．Fur t he r．t he ar t i cl e ca l c ul a t e d t he cr i t i cal w i nds p e e d s r e spe ct i vel y f or be ndi ng--t or si o n c o upl i n g f l ut t er and f or separ at ed-f l ow c oupl i ng f l ut t er based o n i t s dynam i c f ea t ur es accor di ng t o cl ass i cal t heor y，a l s o ca l c ul a t e d t he t es t i ng w i nd s peed f or be ndi ng—t or si onc o up l i n g f l ut t era nd f or se pa r at ed—f l ow c oupl i ng f l ut t er accor di ng t o t he s t a n da rd sp eci f i ca t i o n．Fi na l l y，t he ar t i cl e a ss e ss ed t he w i nd—e xci t e d f l utt er of t h i s br i dge．T he a ss e ss m e n t r esu l t s s how t hat t he s el f-exci t e d f l ut t er of t he st e el box gi r de r of t h i s bri dge can all be r e st r ai ne d under t he w hol e proc es s ofas sem bl i ng of c ant i l e ve re d m et hod and und er t he ope r a t i on proc es s of t he com pl et ed bri dge；t he st abi l i t yi ndex of t he com pl et ed bri dge is bi gger t ha n2．5w hi l e sm al l e r t ha n4．0；SO i t i s s ugge st ed t hat t he w i n dt unne l t es t f or t he s egm e nt m odel s s houl d be i m pl em ent e d．K ey w or d s：cab l e-s t ayed bri dge w i t h si ng l e pyl on；c om pos i t e gi rder；dynam i c anal ys i s；f l ut t e r1概述斜拉桥是典型的柔性结构，在风力作用下极容易发生振动和变形。

1概述本桥为一座跨海特大桥 , 主桥采用独塔双索面斜拉桥 , 跨径布置为 150m+150m , 桥面宽 40.5m 。

主梁采用流线型扁平封闭钢箱梁 , 主塔为 H 形混凝土塔 , 索塔总高度为 90.3m , 桥面以上高度为70.6m , 高跨比为 0.47。

根据工程所处的地理位置和建设条件 , 本工程具有以下特点 :(1 曲线斜拉桥、 H 形索塔不设上横梁本桥位于 3400m 半径的圆曲线上 , 斜拉索径向力对索塔和主梁均产生不利影响 , 且桥梁宽度达到 40.5m , 索塔和主梁的空间受力问题显得尤为突出。

国内设计的曲线斜拉桥跨径不大且桥宽较窄 , 一般索塔均设计成横向刚度较大的 A 形以抵抗斜拉索径向力的影响 , 增加全桥横向刚度及稳定性。

而本桥由于景观需要 , 设计成 H 形索塔且不设置上横梁 , 如何采取构造措施确保结构的安全性是本桥需重点考虑的内容。

(2 桥位处设计风速大桥位处基本风速达到了 41.2m/s, 桥梁的抗风稳定性和安全性是设计必须解决的问题。

特别是在低风速情况下塔柱易发生涡振 , 而涡激振动能激发竖向和扭转2种振型 , 发生扭转失稳和颤振 , 对行车人产生不舒服的感觉 , 而且经常诱发涡流的振动将导致结构构件在承受相应的脉动力时引起疲劳。

因此设计过程中 , 应采用数值风洞技术 , 选取气动性能好的断面 , 减少动风荷载对结构的不利影响。

(3 主桥平、纵、横参数复杂本桥位于 3400m 半径的平曲线上 , 桥梁纵坡平缓 , 相邻两个纵坡分别为 -0.627%和 0.504%。

设置超高 , 横坡为 2%。

应采取措施处理桥面排水以及单向坡钢箱梁设计等问题。

(4 海洋环境侵、腐蚀严重桥址区常年气温较高 , 湿度大 , 季候风强烈 , 海水含盐度高 , 涨、落潮的干湿侵、腐蚀效应 , 海洋大气的侵、腐蚀作用对大桥的使用寿命有较大影响。

独塔双索面曲线斜拉桥方案设计戴捷 , 周彦锋 , 王立新 , 韩大章(江苏省交通规划设计院有限公司 , 江苏南京 210005摘要:介绍了一座独塔双索面曲线斜拉桥方案设计的内容, 包括结构体系选择、主梁类型选择、索塔横向受力研究及斜拉索索形选择等。

目录第一章绪论 (1)第二章斜拉桥整体结构静力分析 (5)2.1工程概述 (5)2。

2武汉市黄浦大街-金桥大道快速通道斜拉桥有限元模型的建立 (8)2.2.1结构材料 (8)2。

2.2施工工况及边界条件的模拟 (9)2。

2.3张拉索力的确定 (9)第三章索塔施工阶段计算与施工控制分析 (13)3。

1索塔水平横撑的施工设计 (14)3。

1。

1横撑支撑位置确定的原则和方法 (15)3。

1.2水平横撑主动力的确定方法 (17)3.1。

3、荷载 (18)3.1.4、结构设计计算 (18)3.2、下横梁分层施工研究分析 (27)3。

2.1、下横梁概况 (28)3.2.2、下横梁建模 (28)3。

2.3、下横梁分析结论 (31)3。

3索塔与中横梁异步施工分析 (31)3.4索塔预抛高计算及分析 (33)结论 (36)参考文献 (38)正文第一章绪论1.1斜拉桥结构特点斜拉桥又称斜张桥,其上部结构是由塔、梁、斜拉索三种基本构件组成的缆索承重的高次超静定结构体系。

斜拉桥主梁一般采用混凝土结构、钢-—混凝土组合结构或钢结构，索塔大都采用混凝土结构或钢结构,斜拉索则采用高强材料(高强钢丝或钢绞线）制成。

斜拉桥中荷载传递途径是:斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔,再通过索塔传至地基。

因此,斜拉桥的主梁在斜拉索的各点支撑作用下，犹如多孔的弹性支承连续梁，每根钢索犹如桥墩。

正是由于斜向产生的强大水平分力，依靠塔的自锚体系加以平衡,使拉索承受巨大拉力，塔梁承受巨大压力，从而充分发挥了钢材受拉和混凝土受压的特性。

特别是由于利用斜拉索作为主梁的中间弹性支撑，可以大大降低主梁的弯矩值，改善主梁的受力状态，这不但可以使主梁尺寸大大地减小，而且由于结构自重显著减轻，既节省了材料，又能大幅度的增大桥梁的跨越能力。

在大跨径桥梁方案比选中，斜拉桥与悬索桥占据绝大多数。

斜拉桥以其简明的结构受力、较低的材料费用、优美多变的桥型、较好的刚度和抗风能力等众多优点而备受青睐。

独塔斜拉桥动力特性分析及基频估算摘要：动力特性分析是桥梁结构抗风、抗震计算的重要基础，基频则直接反映了桥梁结构的竖向动力效应（冲击系数）。

本文以两座独塔斜拉桥为工程背景，运用MIDAS/Civil建立有限元模型，通过对比自振特性方面的差异，分析单索面和双索面对独塔斜拉桥动力特性的影响，并以杭州湾南航道桥为原型，在顺桥向通过对称复制形成双塔斜拉桥，在此基础上研究独塔斜拉桥的基频估算公式。

关键词：独塔斜拉桥；动力特性；基频；单索面；双索面独塔斜拉桥按照拉索布置方式，可分为单索面、竖向双索面和斜向双索面等三种类型[1]。

桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系[2]。

斜拉桥具有密布的频谱，自振特性表现出明显耦合性[3]。

研究表明，独塔单索面斜拉桥第一阶振型为主塔侧向弯曲[4-6]；独塔双索面斜拉桥第一阶振型为主梁竖向弯曲[7,8]；斜向双索面比单索面的抗扭刚度要大，使得扭转振型出现较晚；此外，塔梁固结体系也可提高主梁的抗扭刚度。

1有限元模型深圳湾公路大桥通航孔桥（以下简称深圳湾通航孔桥）为独塔单索面钢箱梁斜拉桥，主跨跨径180m，桥跨布置为180m+90m+75m。

主梁为单箱四室薄壁钢箱梁；索塔呈倾斜式，总高度为139.053m，塔身中心斜率为1/5.6713，塔柱为对称空心薄壁箱形截面；全桥共设12对斜拉索，呈不对称布置，边跨斜拉索索距3m，主跨标准索距12m，塔上索距4m，斜拉索采用直径7㎜的镀锌高强度低松弛钢丝。

主2号墩为塔墩梁固结，主1、主3、主4号墩上设球形钢支座。

杭州湾跨海大桥南航道桥（以下简称杭州湾南航道桥）为独塔斜向双索面钢箱梁斜拉桥，主跨跨径318m，桥跨布置为100m+160m+318m；主梁为单箱三室扁平流线型钢箱梁；索塔总高度为194.3m，为钻石型空间索塔，塔柱为空心薄壁截面，横梁为预应力混凝土箱型截面；全桥共设20对斜拉索，呈不对称布置，边跨B13～B20号索索距7.5m，其余索距为15m，斜拉索采用直径为7㎜的镀锌高强度低松弛钢丝。

浅谈斜塔无背索部分斜拉桥动力特性作者：秦楠来源：《城市建设理论研究》2013年第19期【摘要】斜塔无背索部分斜拉桥是一种具有斜塔无背索斜拉桥的外形，部分斜拉桥受力行为的新桥型，工程人员有对此桥型进行过设计方法的研究，但多集中在静力方面。

关于动力性能，尤其是大跨径无背索斜拉桥的动力性能方面的研究和报道还比较少，本文在这方面进行一些探索。

【关键词】斜塔无背索动力特性振型中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：斜塔无背索部分斜拉桥在世界范围的发展历程仅仅二十多年，在获得优美外形的同时也使结构更加复杂。

工程人员对此桥型进行过设计方法的研究，但多集中在静力方面。

本文选取工程背景桥为唐山曹妃甸无背索部分斜拉桥，并结合长沙的洪山大桥，位于酒泉卫星发射中心的黑河公路大桥与厦门银湖大桥与本文工程背景桥唐山曹妃甸无背索部分斜拉桥作比较，分析斜塔无背索部分斜拉桥的动力特性。

一、各桥的工程概况1、唐山无背索斜塔部分斜拉桥唐曹高速公路与湿地旅游公路交叉设置通港互通，该互通为唐海县及首钢住宅区出行车辆上下高速公路提供服务。

桥型方案选定为无背索竖琴式斜拉桥方案。

上部采用单塔双索面预应力砼斜拉桥,主桥跨径组合:(47+73)m。

主桥结构形式采用斜塔扇式单塔双索面无背索预应力混凝土斜拉桥，固接体系，即塔梁独立，梁墩固接，塔墩与承台固接。

索塔的倾斜，边跨无拉索，主跨设七对拉索。

主塔采用群桩组合式基础,桥台采用肋式台,采用钻孔灌注桩基础。

主塔呈斜'A' 形,自桥面至塔顶高 38.2m。

主塔与主梁之间由拉索建立联系，主塔采用变截面预应力混凝土结构。

在桥面以上，主塔横桥向宽度 260cm 不变，桥面以下加宽到 500cm。

2、黑河公路大桥普通无背索斜拉桥，全长 80 米，斜塔垂直高 42 米，倾角采用 58 度。

主梁采用钢筋混凝土箱形梁，单箱三室，底板施加预应力。

拉索与主梁连接处设置横梁，与斜塔连接处锚固于塔内。

单索面双直塔斜拉桥结构原理我呀，就想跟您唠唠这单索面双直塔斜拉桥的结构原理。

您看啊，这斜拉桥就像一个巨人稳稳地站在那儿。

先说这双直塔，那两座塔啊，高高地耸立着，就像两个忠诚的卫士。

这塔呢，直愣愣地冲着天，又粗又壮，混凝土的塔身有着一种粗糙的质感，在阳光底下，那表面还泛着一种灰白色的光呢。

站在塔下往上瞧，脖子仰得都酸了，感觉那塔都要戳到云彩里去了。

再看看这单索面，就这么一根索面，可别小瞧了它。

它就像一条巨大的缰绳，把桥身和那两座直塔紧紧地连在一起。

这索面是由好多根钢索组成的，那些钢索呀，一根一根的，亮晶晶的，在风中还微微晃动着，就像琴弦似的。

我有时候就想啊，这要是能弹一弹，说不定能发出特别的声音呢。

这结构原理其实就像是一种巧妙的平衡游戏。

桥身的重量通过这单索面传递给双直塔，然后塔再把力传到地底下。

我就想啊，这就像是一群人抬东西，桥身是那重物，索面是扁担，双直塔就是那抬东西的人，地呢，就是他们脚踩着的坚实的大地。

我跟一个搞工程的朋友聊起这个。

我就问他：“你说这单索面咋就能把桥身拉得那么稳呢？”他就笑着跟我说：“你看啊，这每根钢索的拉力都是经过精确计算的，就像齿轮一样，一环扣一环，少了哪一个都不行。

”我听了就直点头，心里想，这工程学可真是一门了不起的学问。

这单索面双直塔斜拉桥啊，在不同的环境里还别有一番风味呢。

要是在城市里，周围都是高楼大厦，这桥就像是一条丝带，把城市的各个部分连接起来。

在那种雾蒙蒙的天气里，塔和索面在雾气里若隐若现，就像仙境里的东西似的。

要是在野外，周围是青山绿水，那这桥就像一个现代的巨兽趴在那儿，又有一种奇特的和谐感。

我每次看到这样的桥，心里就有一种说不出的佩服。

这么复杂的结构，就这么稳稳当当地在那儿，承载着来来往往的车辆和行人，真是了不起啊。