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桥梁结构的动力特性分析桥梁作为现代交通运输的重要组成部分，在社会经济发展中扮演着重要角色。
然而，随着交通运输工具和载荷的不断发展，桥梁结构也面临着更加复杂的动力特性分析。
本文将从桥梁结构的动力特性入手，探析其分析方法及应用。
首先，了解桥梁结构的动力特性是进行安全评估和设计的基础。
对于公路、铁路、地铁等交通载荷的不断增加，桥梁需要能够承受复杂的动力荷载，包括交通载荷和风荷载等。
在了解桥梁结构的动力特性之前，我们需要熟悉桥梁的固有频率和阻尼比等基本概念。
固有频率是桥梁在自由振动状态下的频率，而阻尼比则是衡量桥梁振动阻尼程度的参数。
这些基本概念的了解是进行动力特性分析的关键。
其次，在分析桥梁结构的动力特性时，可以采用多种方法。
传统的方法包括模态分析和频谱分析等。
模态分析基于固有频率和振动模态的概念，通过求解结构的振动模态，分析不同模态下的动力响应。
频谱分析则是通过将外荷载离散化为一系列正弦波形式的荷载，利用结构的频率相应性质进行分析。
这些传统的方法相对简单，可以对桥梁结构的动力特性进行初步分析。
然而，随着计算机技术的发展，有限元分析等数值模拟方法也得到了广泛应用。
有限元分析将桥梁结构离散化为多个小单元，通过数值求解方法模拟结构的动力行为。
这种方法的优点是能够考虑结构的非线性和复杂几何形状等因素，提供更为准确的动力响应结果。
同时，计算机技术的快速发展也使得大规模桥梁结构的动力仿真和优化成为可能。
不仅如此，桥梁结构的动力特性分析在现代桥梁设计中也扮演着重要角色。
通过分析桥梁的固有频率和阻尼比等参数，可以评估结构的安全性和可靠性。
例如，在考虑地震荷载下的桥梁设计中，动力特性分析可以帮助工程师了解地震荷载对桥梁结构的激励程度，从而进行合理的抗震设计。
此外，动力特性分析也可以用于预判桥梁结构的振动问题，如桥梁的自振和共振等，从而采取相应的措施避免结构的破坏。
总之，了解桥梁结构的动力特性对于设计和评估桥梁的安全性至关重要。
桥梁结构的动力学特性分析桥梁是连接两个地理位置的重要交通设施，其稳定性和可靠性对交通运输的安全至关重要。
为确保桥梁结构的合理设计和使用，动力学特性分析是不可或缺的一项工作。
本文将对桥梁结构的动力学特性进行分析，并探讨其在桥梁工程中的应用。
1. 动力学特性的定义桥梁结构的动力学特性是指桥梁在受到外力作用下的运动规律和响应特性。
包括桥梁的固有频率、振型形态、自由振动和阻尼等内容。
通过分析桥梁的动力学特性，可以评估其抗风、抗震、抗振动等能力，为桥梁的设计、施工和维护提供依据。
2. 动力学特性分析的方法（1）模态分析：模态分析是一种常用的动力学特性分析方法，通过求解桥梁结构的振型形态和固有频率，得出结构的模态参数。
模态分析可以帮助设计师确定桥梁的固有振动频率，避免共振现象的发生，提高桥梁的稳定性。
（2）动力响应分析：动力响应分析是通过施加外力荷载，研究桥梁结构的动态响应行为。
通过对桥梁在不同荷载条件下的动态响应分析，可以评估桥梁的结构响应和变形情况，为桥梁结构的安全评估和设计提供依据。
3. 动力学特性分析的应用（1）抗风设计：桥梁结构在面对风荷载时容易发生振动，因此抗风设计是桥梁工程中的重要问题之一。
通过动力学特性分析，可以评估桥梁的固有振动频率和阻尼比，确定合理的抗风设计参数，提高桥梁的稳定性和抗风性能。
（2）抗震设计：地震是危及桥梁结构安全的主要自然灾害之一。
通过动力学特性分析，可以评估桥梁在地震作用下的动态响应和变形情况，确定合理的抗震设计参数，确保桥梁在地震中的安全性。
（3）振动控制：在某些情况下，桥梁的振动可能会对周围环境产生不利影响，如引起噪音、疲劳破坏等。
通过动力学特性分析，可以了解桥梁的振动特性，并采取相应的振动控制措施，降低桥梁振动对周围环境的影响。
总结：桥梁结构的动力学特性分析对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。
通过分析桥梁的动力学特性，可以评估桥梁在受到外力作用下的响应和变形情况，为桥梁的抗风、抗震和抗振动设计提供依据。
大跨度悬索桥的动力特性分析研究摘要：悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类型。
由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康检测和维护具有十分重要的意义。
随着桥梁跨度的增大，加之悬索桥是一种刚度小、变形大的柔性结构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重要的理论意义和工程实际价值。
结构刚度是影响悬索桥动力特性的重要因素，本文就加劲梁刚度、索塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等对双塔单跨悬索桥固有频率的影响进行研究。
关键词：大跨度；悬索桥；动力分析1.大跨度悬索桥的动力分析的意义悬索桥的振动特性是悬索桥动荷载行为研究的基础。
桥梁结构的振动包括自振频率和振型等,它反映了桥梁结构的刚度和质量分布的合理性,是桥梁结构振动响应分析、抗震设计和抗风稳定性研究的基础。
桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼。
悬索桥结构在动力激励作用下,在空间上各向振动的振型和频率都是需要的。
但一般被分为四种类型:竖向、纵向、横向和扭转振型。
然而,实际情况却是一种位移通常会与另外一种位移耦合,特别是竖向位移与纵向位移耦合在一起,横向位移与扭转位移耦合在一起。
甚至有时候,四种位移同时耦合在一起。
耦合情况决定于结构几何和支撑条件等因素。
一阶扭转振动频率与一阶竖向振动频率比值越大,桥梁具有更好的抗风稳定性;桥梁抖振则需要考虑多振型的参与。
因此,动力特性分析是桥梁结构动力性能研究的重要内容之一。
在悬索桥进入大跨径结构的阶段,其加劲梁的刚度不断地相对减少,当加劲梁的高跨比小于1/300时,采用线性挠度理论分析悬索桥所产生的误差将不容忽视,为此有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中,使悬索桥的分析计算更加精确。
基于矩阵位移法的有限元技术能适应解决复杂结构的受力分析,一些有代表性的研究成果逐渐完善和发展了有限位移理论。
大跨度连续刚构桥的动力特性分析欧文春(广西生态工程职业技术学院，广西柳州545000)喃要】以某预应力混凝土连续刚构桥为研究对象，运用大型通用有限元软件A N SY S 建立该桥的空间有限元模型，对其动力栉}生进行计算分析，得到了该桥的自振频率和振型，并与环境振动实测结果进行比较。
得出一些有益结论。
可为抗震、抗风的研究奠定一定的基础。
[关键词]连续刚构桥；自振频率；振型1工程概况某大桥主跨上部构造为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨径组合为62．05+95+62．05m ，全桥长220．20m 。
边跨与中跨之比为O ．65，主墩与梁固结处梁高5．5m ，边跨直线段与主跨跨中合拢段梁高均为2．6m 。
桥墩采用双肢薄壁墩，平面尺寸为2—1．1x4．1m ，双肢净间距为4．8m ，墩高分别为53m 、40m ，基础均采用嵌岩桩，桥墩及桥台的桩径分别为1B m 、1．5m 。
全桥梁部横断面采用单箱单室箱形截面，箱梁顶面宽为&1m ，底面宽为4．1m ，项部外侧箱梁的挑臂长为2．O r e ，梁底下缘及底板上缘均按二次抛物线变化。
箱梁顶板厚度为020m ，腹板厚度为0．5m ，底板厚度在020m ～0．50m 之间变化。
2有限元模型建立本文采用大型有限元结构分析通用软件A N S Y S 建立该大桥的空间有限元模型。
箱形截面梁和薄壁墩采用bea m l 89梁单元模拟，该单元可根据梁实际截面形状进行用户自定义截面，共自定义截面类型19种；承台和桩基础均分别采用8节点的s ol i d45块体单元和pi pel 6管桩单元模拟；桥面的非结构构件简化为分布质量块，采用m as s 21质量单元，均布于桥主梁单元相应节点上。
该有限元模型中的材料参数按规范取值，共有单元6842个，节点7852个，见图1。
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图1全轿空『日】有限捌。
3理论计算结果采用子空间迭代法计算该桥的前15阶频率和振型，前4阶频率及振型见表1，振型见图2：表l 频率实*惜与理论计算值(频率单位：H Z)阶数理论计算值脉动法实测值余波实测值叛型1—0．加O 53O ．53横向阶r …-一u-…——…二t t ，：…一--一‘262‘082112横向■阶h ‘‘…’‘……‘‘一～…。
大跨径桥梁动力特性分析研究
摘要:内蒙古某特大桥为主跨150米的预应力混凝土高桥墩连续刚构桥，位于峡谷出口处，风速较大。
文章利用有限元方法建立其模型，模拟桥梁的施工过程。
研究其结构动力学特性和风荷载作用下的应力和变形，为桥梁施工和控制提供参考。
关键词:桥梁；风荷载；有限元
1概述
内蒙古某特大桥是一座预应力混凝土变截面连续刚构桥。
桥梁全长327m，主跨150m，跨径组合为(85+150+85)m，箱梁高度从距墩中心4.75m处到跨中合拢段处按二次抛物线变化,如图1所示。
图1 大桥布置图
主梁采用单箱单室变截面预应力混凝土箱梁，桥面宽度26.0m，单幅箱梁顶面宽12.5m,底面宽6.5m，翼缘宽3.o m。
顶面设1.5%的单向横坡。
腹板厚度从跨中0.40m渐变至墩顶处的0.80m；底板厚度从跨中0.32m渐变至墩梁固结处的1.20m；顶板厚度0.28m渐变至墩顶处的0.40m。
主桥桥墩采用双壁墩，主墩最大高度45m，左右两幅桥采用整体式承台。
上部结构采用挂篮悬臂浇注施工：箱梁与主墩固结形成两个ｔ构，每个t构分20个施工节段，采用挂篮悬臂现浇法分段对称、独立施工。
全桥合拢顺序为：①两边跨合拢；②中跨合拢；③二期恒载，以此顺序进行施工。
其施工过程见图2。
图2 桥梁施工过程图
内蒙古某特大桥主墩墩高45米，主墩较高，且位于峡谷型河段，设计风速33m/s，风速较大，由于刚构桥墩和箱梁共同受力，因此，必须进行施工过程中桥梁的动力学分析和风载振动研究，以考虑风载效应对桥梁结构受力、变形的影响。
2 桥梁自振频率和振型
利用桥梁结构有限元软件midas/civil分别对桥墩施工完毕、箱梁第20号节段施工完毕（t构处于最大悬臂状态）和全桥合拢三个工况下的桥梁结构进行了特征值分析，得到各工况下桥梁结构的自振频率与振型。
表1、表2、表3分别为桥墩施工完毕、悬浇t构处于最大悬臂状态和全桥合拢时的结构自振频率，给出各工况下桥梁结构前12
阶模态的自振频率。
图3则绘出第一种工况下结构的前5阶主振型。
表1 桥墩施工完毕时的自振频率
模态圆频率(弧度/秒) 频率(1/秒) 周期(秒)
1 5.3 0.8 1.182
2 13.2 2.1 0.477
3 32.2 5.1 0.195
4 74.9 11.9 0.084
5 86.2 13.7 0.073
6 126.
7 20.2 0.050
7 159.5 25.4 0.039
8 186.0 29.6 0.034
10 316.4 50.3 0.020
11 338.0 53.8 0.019
12 376.9 60.0 0.017
1阶振型2阶振型3阶振型4阶振型5阶振型
图3 桥墩施工完毕时的前5阶主振型
表2施工到最大悬臂时的自振频率
模态圆频率(弧度/秒) 频率(1/秒) 周期(秒)
1 1.4 0.
2 4.627
2 2.6 0.4 2.439
3 3.1 0.5 2.024
4 4.7 0.8 1.332
5 7.0 1.1 0.893
6 10.0 1.6 0.627
7 12.4 2.0 0.508
8 16.9 2.7 0.372
9 19.3 3.1 0.325
10 24.9 4.0 0.253
11 26.6 4.2 0.236
表3 全桥合拢时的自振频率
模态圆频率(弧度/秒) 频率(1/秒) 周期(秒)
1 2.9 0.47 2.15
2 3.1 0.49 2.03
3 5.5 0.87 1.15
4 6.
5 1.04 0.96
5 7.7 1.22 0.82
6 8.9 1.41 0.71
7 10.8 1.72 0.58
8 12.5 1.99 0.50
9 12.7 2.02 0.50
10 15.8 2.51 0.40
11 17.0 2.70 0.37
12 17.1 2.73 0.37
由表1到表3可以看出，随着桥梁施工的逐步进行，结构的自振频率（包含频率和圆频率）逐步减小，而周期增大。
3 风荷载振动分析
内蒙古某特大桥位于峡谷出口，风大墩高。
该处的风荷载具有阵风的特点，与冲击荷载比较相似。
考虑风荷载比较复杂，在满足工程精度的条件下，对风荷载作适当的简化，并将此风荷载反复作用于桥梁结构上。
按照动力风荷载和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的静力风荷载fwh的作用冲量相等的原则确定fm的值：（1）
式中fwh为按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》取得的风荷载静力值。
采用midas/civil建立全桥四种模型：桥墩施工完毕、第六阶段施工完毕（此时逢内蒙古冬季，桥梁施工停止半年左右时间）、第20阶段施工完毕（最大悬臂）和全桥合拢。
风荷载垂直作用在各施工工况模型的桥墩、梁侧面，利用有限元分析得到了风载动力效应对桥梁结构受力、变形的影响。
桥梁在施工过程中t构悬臂段不断延长，迎风面积不断增大，其静力风荷载显然是逐渐增大的。
而动力风荷载引起的桥梁结构侧向位移，如表4所示。
可以看到，随着t构悬臂段的不断延长，桥墩顶部由于风载引起的侧向位移也不断增大；到第20节段施工完毕，悬臂段最长，桥墩顶部侧向位移达到最大值2.39cm,而全桥合拢后，由于全桥共同抵抗风荷载作用，桥墩顶部的侧向位移反而减小为1.83cm。
另外，由于动力风荷载的冲击造成的的箱梁悬臂端部的侧向位移也是逐渐增大的。
表4 动力风荷载引起的桥梁最大侧向位移(cm)
桥墩施工完毕第6节段第20节段全桥合拢
位置－悬臂端部悬臂端部跨中
侧向位移－ 1.63 3.88 4.96
位置桥墩顶部桥墩顶部桥墩顶部桥墩顶部
侧向位移 0.15 1.17 2.39 1.83
动力风载对桥梁结构的应力也有很大的影响，表5为风荷载引起的桥梁关键截面的拉应力。
可以看到，随着悬臂的不断增长，风荷载引起的拉应力也不断增大，到t构悬臂最大时（第20节段施工完毕），桥墩底部和箱梁根部的拉应力均达到最大值，分别为3.26mpa和0.89mpa。
而全桥合拢后，由于动力风荷载引起的桥墩底部和箱梁根部的拉应力反而会减小。
表5动力风荷载引起的桥梁关键截面的最大拉应力(mpa)
桥墩施工完毕第6节段第20节段全桥合拢
桥墩底部 0.25 1.63 3.26 2.53
箱梁根部0.10 0.89 0.47
中跨合拢处0.90
通过以上分析，可以发现，动力风荷载引起的桥梁结构的最大侧向位移和最大拉应力，在悬臂施工阶段，随着悬臂的伸长而逐渐增大，而全桥合拢后，其相应数值会减小，即桥梁合拢后抵抗风荷载的能力比悬臂最大阶段要强。
根据以上分析，对风荷载引起的内蒙古某特大桥的线形和应力的影响应予以足够重视，为施工和控制提供参考。
4 结论
文章采用有限元分析软件对内蒙古某特大桥分别进行了施工结
构分析，分析了结构的特征值和风荷载引起的效应。
表明随着结构悬臂施工悬臂段的伸长，由风荷载产生的最大侧向位移和拉应力逐渐增大，当桥梁结构合拢后，由于结构整体性的增强，其位移和应力相反有所减弱。
本文分析为特大桥梁施工和控制提供有益参考。
参考文献
[1] jtg d62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [s].
[2] 郑凯锋.桥梁结构仿真分析技术研究[j].桥梁建设，1998(2)：10~15
[3] 肖汝诚.桥梁结构分析及程序系统[m].北京：人民交通出版社，2002：1~9
[4] 张谢东，詹昊，舒洪波等，大跨度预应力混凝土连续梁桥合拢施工技术研究[j].桥梁建设，2005 (2)：63~66 注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
