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吉林兰旗斜拉桥全桥模型试验与有限元分析的开题报告开题报告一、选题的背景和意义斜拉桥是大跨度桥梁中使用广泛的一种类型，其具有结构轻巧、吊杆受力合理、隔震效果好等优越性能。
斜拉桥的设计涉及到多种学科知识，包括结构力学、土木工程材料学、结构振动等，而模型试验与有限元分析是斜拉桥设计中必不可少的手段。
本选题选取吉林兰旗斜拉桥作为研究对象，旨在通过全桥模型试验与有限元分析相结合的方法，全面地研究吉林兰旗斜拉桥的力学性能，为斜拉桥的设计、工程实践以及相关学科的研究提供参考。
二、研究的目的和内容本研究的目的是通过全桥模型试验和有限元分析的方法，研究吉林兰旗斜拉桥的力学性能，包括其结构的刚度、振动特性、荷载响应等方面的表现，进一步提高斜拉桥设计的可靠性和安全性。
具体的研究内容主要包括以下几个方面：1. 求解吉林兰旗斜拉桥的结构刚度系数矩阵。
通过建立斜拉桥的刚度方程组，在给定边界条件情况下，求解结构刚度系数矩阵，为后续的有限元建模提供数据支持。
2. 搭建斜拉桥的全桥模型。
通过对吉林兰旗斜拉桥各部分进行测量和分析，搭建桥梁的全桥模型，并对模型进行调整和优化。
3. 进行斜拉桥模型试验。
在搭建好的全桥模型上进行加荷试验，并记录试验数据，检验模型试验结果与理论计算结果的一致性。
4. 进行斜拉桥的有限元分析。
在建立好的斜拉桥有限元模型上进行荷载响应分析，研究该桥梁的力学特性，包括结构变形、应力分布等。
5. 分析结果与讨论。
对全桥模型试验和有限元分析的结果进行综合分析和比较，并结合实际工程应用，对吉林兰旗斜拉桥的设计与施工提出可行性建议。
三、研究方法和技术路线本研究的方法主要包括理论计算、模型试验和有限元分析。
在理论计算阶段，通过建立斜拉桥的刚度方程组，求解结构刚度系数矩阵，以此为基础建立斜拉桥的有限元模型。
在模型试验阶段，将搭建好的全桥模型进行加荷试验，通过试验数据，验证理论计算结果的准确性。
在有限元分析阶段，基于斜拉桥的有限元模型，进行荷载响应分析，得到各个构件的变形、应力分布等参数，进一步分析斜拉桥的力学性能。
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析一、本文概述随着交通工程技术的不断发展和创新，大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要代表，其在桥梁建设领域的应用越来越广泛。
然而，随着桥梁跨度的增大，其结构特性和动力学行为也变得越来越复杂，尤其是在强风作用下的颤抖振响应和静风稳定性问题，已经成为桥梁工程领域研究的热点和难点。
本文旨在针对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行深入的分析和研究，以期为提高大跨度斜拉桥的设计水平和安全性提供理论支持和实践指导。
本文首先将对大跨度斜拉桥的结构特点和动力学特性进行概述，阐述其在强风作用下的颤抖振响应机制和静风稳定性的基本概念。
接着，本文将详细介绍大跨度斜拉桥颤抖振响应的分析方法，包括颤振机理、颤振分析方法以及颤振控制措施等。
本文还将探讨大跨度斜拉桥的静风稳定性分析方法，包括静风稳定性评估方法、静风稳定性影响因素以及静风稳定性控制措施等。
本文将结合具体工程案例，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行实例分析，以验证本文所提分析方法的有效性和实用性。
本文的研究成果将为大跨度斜拉桥的设计、施工和运营提供有益的参考和借鉴，对于提高我国桥梁工程的设计水平和安全性具有重要的理论意义和实践价值。
二、大跨度斜拉桥颤抖振响应分析大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要形式，其结构特性和动力行为是桥梁工程领域研究的重点。
颤抖振，作为一种常见的桥梁振动形式，对桥梁的安全性和使用寿命有着重要影响。
因此，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应进行深入分析，对于优化桥梁设计、确保桥梁安全具有重要的理论价值和实际意义。
在颤抖振分析中，首先要考虑的是桥梁结构的动力学特性。
大跨度斜拉桥由于其特殊的结构形式，其动力学特性相较于传统桥梁更为复杂。
在风的作用下，桥梁的振动会受到多种因素的影响，包括桥梁自身的结构参数、风的特性以及桥梁与风的相互作用等。
因此，在进行颤抖振分析时，需要综合考虑这些因素，建立准确的动力学模型。
要关注颤抖振的响应特性。
徐州金马大桥建设工程设计方案研究摘要：介绍徐州市金马大桥建设必要性，沿线影响因素，建设标准，重点介绍了桥梁方案，包括桥梁设计标准，桥梁长度确定因素，主桥跨径选择，主桥桥型结构选择，引桥桥型结构选择，三个桥型方案论证与比选。
关键词：金马大桥；桥梁方案；影响因素；建设标准；桥梁方案; 论证;比选Abstract: This paper introduces the construction of Xuzhou city, the golden horse bridge necessity, along the influence factors, construction standard, focusing on the bridge solutions, including bridge design standards, bridge length determined factors, the main span selection, the main bridge structure selection, the approach bridge structure selection, three bridge scheme comparison and than the election.Key Words: Golden horse bridge; Bridge project; Influencing factors; Construction standards; Bridge project; Argument; Election1、建设的必要性徐州市鼓楼区北部、西部受九里山、东部受京沪铁路、南部受市中心区等地形、地物的制约，道路网多呈南北向放射状，东西向道路长期不足。
在此广大区域内，目前仅有二环北路和三环北路贯通整个北部城区，其它道路不仅等级较低，且多为断头路。
近年来，随着城市建设的重点向北区转移，多个居民小区和物流园区等如雨后春笋般的拔地而起，有力带动了北区的迅猛发展，同时也凸显了道路等基础设施的不足。
大跨斜拉桥基于结构模拟的环境振动测点优化布置
孙正华;李兆霞;陈鸿天;韩晓林
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】2007(025)004
【摘要】首先运用大型有限元软件ANSYS建立了润扬斜拉桥面向SHM的结构有限元模型,并进行模态分析.然后以模态置信准则(MAC)矩阵的非对角元为目标函数,增加或减少测点自由度使目标函数最小化,从而确定斜拉桥振动测点的最优布点位置.最后,运用现场环境振动测试的数据对根据FEM计算得出的布点方案进行验证.结果表明:由环境振动实测数据得出的测点布置和有限元计算得出的测点布置结果是一致的,说明由有限元分析得出的测点布置是有效的.
【总页数】7页(P411-417)
【作者】孙正华;李兆霞;陈鸿天;韩晓林
【作者单位】江苏省建筑科学研究院,江苏省建筑工程质量检测中心,江苏,南
京,210008;东南大学,土木工程学院,江苏,南京,210096;香港理工大学,土木与结构工程系,香港九龙;东南大学,土木工程学院,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN925.93;TP393.17
【相关文献】
1.基于风险的船体结构监测点优化布置 [J], 任慧龙;唐浩云;贾连徽;万千
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3.基于猴群算法的斜拉桥测点优化布置研究 [J], 杨康;李铎;栾守领;
4.浅谈大跨桥梁结构健康监测系统测点优化布置工具箱的开发及应用 [J], 赵亮
5.基于环境振动测试的润扬斜拉桥索塔的有限元模拟 [J], 丁幼亮;李爱群;缪长青;韩晓林
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铜陵长江大桥主跨的环境随机激励模态测试/ 管养网蒋远林，周辉，晏忠良，蔡敏，蔡建。
，卢德唐(1．中国科学技术大学力学与机械工程系，合肥230026；2．合肥工业大学土建学院，合肥230009；3．安徽省交通厅科研所，合肥230022)摘要：随机激励法是桥梁检测研究的主要方法，检测获得的模态参数是判断判断桥梁运行状况的重要标志。
本文采用自行开发的一套基于PC机的测试系统，对铜陵长江大桥主跨部分进行环境随机激励模态测试，记录了大桥主跨部分的动态过程。
通过分析测试结果给出了铜陵长江大桥主跨部分垂直方向上的前五阶对称振型和第三阶反对称振动的振型以及相应的固有频率．为了验证测试结果，文中对大桥用二维有限元模型建模，用有限元软件ANSYS建立了该桥的二维有限元模型，并计算得到了桥的模态参数。
结果表明，计算和测试结果吻合较好，从而验证了本文测试方法的可靠性。
关键词：斜拉桥；模态；随机激励测试1 引言斜拉桥跨越能力强，经济合理，造型美观，近年来发展很快，已经成为大跨度桥梁最主要的桥型。
同时，斜拉桥结构轻薄，容易起振，载荷主要靠拉索承担。
另外，斜拉桥出现较晚，相关资料积累时间有限。
因此，对斜拉桥进行动力学测试非常重要。
模态测试是动力学测试的重要组成部分。
随着对同一桥梁不同时期模态资料的积累，各种模态参数将成为判断桥梁运行状况的重要标志。
2 测试介绍’2．1 方法介绍本次测试采用了环境随机激励测试方法。
环境随机激励法是利用行驶在桥上的车辆、风、水流及其他环境因素形成的脉动使桥跨结构产生振动。
用随机激励法有如下优点：1)实验设备简单轻便，要求的操作人员少；2)适应面广，对大小型桥梁都可测量；3)测试本身不会对桥梁遭成损伤；4)实施方便，不会妨害正常交通；5)一旦设备布置完毕，可以反复采集数据。
由于以上优点，随机激励法成为桥梁检测研究的主要方法Ⅱ]。
事实上，对于全尺度测试，随着现代桥梁跨度的增长，随机激励法已成为唯一可能的方法。
巴东长江大桥模态分析周新【摘要】通过脉动试验和模态分析软件对巴东长江大桥动态特性进行了分析,得到其试验模态频率及振型,并通过数值计算得到振动频率,对计算模态和试验模态进行振型相关性分析,将有限元的动态分析与试验数据有机地结合起来,验证了有限元模型,同时为工程实践提供了帮助.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】3页(P78-80)【关键词】动态特性;脉动试验;模态分析;有限元法【作者】周新【作者单位】中冶南方工程技术有限公司,武汉430223【正文语种】中文桥梁结构的动态特性是其固有的性质，与结构的质量、刚度、阻尼分布及其材料特性有关，动力特性的测试方法有自振法、共振法和脉动法［1-2］。
其中脉动法也称环境随机激振法，结构在环境扰动作用下，例如自然风、地脉动、机器或车辆引起的扰动等，虽然引起结构振动的振幅极为微小，但脉动响应所包含的频率成份相当丰富，它不需要任何激振设备，又不受结构形式和大小的限制，特别适用于测量结构整体的自振特性。
这种微小的振动是随机振动，用高精度的测振设备可记录该振动信号，通过计算机进行FFT谱分析可得到被测结构的自振特性。
巴东长江公路大桥主桥结构形式为双塔双索面漂浮体系预应力混凝土斜拉桥，主桥跨径组合为40+130+388+130+40 m，主梁采用肋板式结构，拉索采用平行钢丝体系。
南北两岸索塔承台以上塔身高度分别为207 m和212 m。
主跨采用构造简单、施工方便的预应力混凝土边主梁方案。
边跨支点处主梁采用实体断面，临近两个节段采用箱型截面。
其余边跨节段与中跨一致，采用肋板式结构。
边主梁顶面全宽22 m、底面全宽22.5 m，顶面设2%的双向横坡，边肋高2.4 m，梁中部高2.62 m，顶板厚0.32 m。
边跨及中跨横梁均厚0.32 m。
巴东长江公路大桥主梁施工采用适量粉煤灰或矿粉运用缓凝高效减水剂双掺技术配制的C60高性能混凝土［3-6］。
三水金马大桥扩建方案三水金马大桥扩建方案一、引言三水金马大桥是广东省三水区的重要交通枢纽，连接了三水区和佛山市南海区。
随着城市发展和交通需求的增加，现有的金马大桥已经无法满足日益增长的交通流量。
为了提高道路通行能力和改善交通状况，扩建金马大桥势在必行。
二、背景分析1. 交通状况：目前金马大桥每天承载着大量车辆和行人的通行，尤其在高峰时段拥堵情况严重。
这不仅影响了居民和企业的出行效率，也给周边环境带来了噪音和污染。
2. 城市发展：随着经济的快速发展，三水区人口不断增加，新兴产业也迅速崛起。
需要一个更加便捷高效的交通网络来支持区域经济发展。
3. 周边环境：金马大桥位于珠江河口附近，对周边生态环境有一定影响。
在扩建过程中，需要注意保护珠江生态系统，并减少对周边居民的影响。
三、目标与原则1. 目标：扩建金马大桥，提高道路通行能力，改善交通状况，促进区域经济发展。
2. 原则：- 环保原则：在扩建过程中，保护珠江生态系统，减少对周边环境的影响。
- 安全原则：确保施工和通行安全，最大限度地减少对交通的干扰。
- 效益原则：充分利用现有资源，并合理规划设计，使扩建项目具有良好的经济效益。
四、方案设计1. 扩建方向：根据实地考察和交通流量统计数据分析，决定在现有金马大桥旁边新建一座平行桥梁。
这样可以有效增加道路通行能力，并且不会对现有道路交通造成太大干扰。
2. 桥梁设计：- 结构形式：新建桥梁采用钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥结构。
这种结构具有良好的抗震性能和承载能力，适合跨越珠江河口的特殊地理环境。
- 桥面宽度：考虑到未来交通流量的增加，新桥梁的桥面宽度应大于现有金马大桥。
建议将桥面宽度设计为8车道，以满足未来50年内的交通需求。
- 步行和自行车道：在新桥梁上设置专门的步行和自行车道，方便居民和游客出行。
这样可以减少汽车交通流量，并促进低碳出行。
3. 施工方案：- 施工时间：为了减少对交通的干扰，施工时间应选择在非高峰期进行。
金马大桥斜拉桥模态试验摘要本文以广东金马大桥斜拉桥模态试验为背景，介绍了利用环境随机振动法进行大型桥梁结构模态参数（包括自振频率、振型和阻尼）测试的原理与方法。
通过对实测与理论计算结果的分析比较，表明该方法是有效的。
关键词金马大桥；模态试验；环境随机振动金马大桥是广东广（州）肇（庆）高速公路上跨越西江河道的一座特大型桥梁，全长1912.6m，桥面宽26.5m，按6车道设计。
其主桥采用独塔斜拉桥与刚构联合体系，跨径组合为（60+2×283+60）m。
斜拉桥梁塔固结，主梁采用梁板结构，梁高2m，梁宽29.80m，双索面，梁上索距8m。
索塔为箱形断面，承台下设24根变截面(Φ2.5～Φ2.7m)嵌岩桩。
刚构主梁采用双箱单室断面，根部梁高8m，悬臂端梁高2m，梁宽26.5m，其主墩为双肢薄壁墩，下设8根变截面(Φ2.15～Φ2.35m) 嵌岩桩，边墩亦为柔性墩，下设4根Φ1.6m嵌岩桩。
为了解大桥的自振特性，受建设单位的委托，广东省交通建设工程质量检测中心对该桥作了模态试验。
1 试验目的及方法试验的目的是：1、了解大桥的动力特性，为进一步评估大桥的抗风抗震性能提供参考；2、通过比较理论计算与实测所得的结构动力参数（频率、振型）的差异，改进和完善有限元模型；3、为将来桥梁营运监测及状态评估提供基础资料。
4、积累经验，为以后斜拉桥的设计与试验提供参考。
试验采用环境振动法，即在自然条件下，通过布置在桥梁上的传感器拾取结构由大地脉动和周围环境的各种扰动引起的振动响应信号，经低频放大器将信号放大后，用动态信号采集系统进行采样、分析，以测定结构的相关动力特性（主要包括模态频率、振型及阻尼等）。
2 测试原理2.1固有模态及相应频率的识别象斜拉桥这种大型结构，其固有模态一般比较复杂。
即使是我们所关心的前若干阶低阶模态，都可能包含横向弯曲、竖向弯曲、扭转、或者弯扭耦合等多种型式。
因此，对这种结构进行振动测量时在同一断面上通常要布置纵、横、竖三个方向的传感器。
通过考察不同测点不同方向之间振动信号的相干函数及相位关系可以识别出结构的固有模态及其相应频率。
由于在同一振型中，各测点同一方向的振动要么同相要么反相。
因此，我们只需在桥上选定一组参考点，同时测量参考点与普通测点的振动信号，通过计算两组信号的自谱与互谱即可确定模态类型。
在固有频率处，两者的自谱与互谱均出现峰值，并且其相位差近似等于0度或180度，表明两点振动同相或反相。
同时，该频率处两组信号之间的相干函数值应接近1.0（一般在0.7~1.0之间，表明两组信号相关性较好）。
而对于不同方向的振动信号，其相干函数值可能接近1.0，也可能接近0。
比如在主梁扭转与横桥向振动耦合模态中，竖向与横向振动信号的相干函数值应接近1.0，而对于主梁纯弯曲模态，竖向与横向振动信号的相干函数值却接近0。
显然，掌握这些规律将有助于我们更好地辨别出模态类型。
2.2 振型的识别由随机振动理论可知，当一个n 自由度系统在m 个自由度上作用，并有平稳随机激励{f (t )}={f 1(t ),f 2(t ),…,f m (t )}T 时，所产生的随机加速度响应{a (t )}和随机激励{f (t )}的功率谱密度的矩阵关系式如下：Tn m a m m ff m n a n n aa H S H S ⨯⨯⨯⨯=)]([)]([)]([)]([*ωωωω (1)其中，)]([ωaa S 为加速度响应的功率谱密度矩阵，)]([ωff S 为随机激励的功率谱密度矩阵，)]([ωa H 为传递函数矩阵，)]([*ωa H 为其共轭矩阵。
矩阵)]([ωaa S 在第p 行和第k 列上的元素)(ωaapk S 就是系统的第p 个自由度和第k 个自由度的响应之间的互谱密度函数，它的计算公式为：∑∑===mq mr rka ffqr pq aaapk H S HS 11*)()()()(ωωωω (2)当p=k 时，就得到系统在第p 个自由度上响应的自谱密度函数，也就是矩阵)]([ωaa S 中的对角元素。
它的计算公式可表示为：∑∑===mq mr rqa ffqr pq aaapp H S HS 11*)()()()(ωωωω (3)当i i i M K /==ωω时，iiki pi i pkjc Hωφφω-=)( (4)iiki pi i pkjc Hωφφω=)(* (5)利用式（2）~（5），可得：∑∑∑∑=====mq mr iiri ri i ffqriiqi pi mq mr iiki ri i ffqriiqi pi i aapp i aapk c Sc c Sc S S 1111)()()()(ωφφωωφφωφφωωφφωωpiki mq mr iiri i ffqriiqi pipi mq mr iiri i ffqriiqi ki pi c Sc c S c φφωφωωφφφωφωωφφφ==∑∑∑∑====1111)()( ……………………………（6） 上式表明，在随机激励下，当i ωω=时，响应信号的互谱与自谱峰值之比即为振幅之比。
同理还可证明，不同测点响应信号的自谱峰值之比的平方根也为其振幅之比。
对于金马大桥这样的大型结构，测量其模态需要采集多个截面的振动信号。
受导线长度、传感器数量及其它信号采集放大设备的限制，信号采集工作只能分组分批进行。
这种测量方法有人称之为移动测量法。
为此，我们必须事先设定好一组固定参考点（通常参考点选取应保证其在所要测量的振型中振幅较大，或者说具有较高信噪比），然后分批同时测量参考点及其它部分截面的振动信号。
再通过上述公式，可计算出各测点与参考点的振幅比，结合相位就可得到振型。
若有多个参考点，则根据参考点之间的谱分析，把所有测点向某一参考点归一化。
2.3 阻尼估计从环境振动试验中估计阻尼比，一般都采用半功率带宽法。
由于影响结构阻尼比识别精度的因素较多，如环境振动的非平稳性、频率分辨率的选择、数据分析过程中的平均次数和功率谱幅值的横桥向水平传感器各一个，塔上测点仅设顺桥向、横桥向水平传感器各一个。
考虑到桥梁的对称性，试验主要在左半桥进行，右半桥两个测试截面主要用于判定模态的对称类型（是正对称或反对称）。
试验分六组进行，每组采集12个通道数据（包括一组参照测点及两组移动测点）。
由于理论模态分析结果表明，该桥前15阶频率均在1.5Hz以内，且相邻两阶频率相差最小约0.01Hz。
为保证试验结果精度，试验中采样频率设为10Hz，低通上限频率设为2.5Hz，每次采样时间为25min。
结果分析时采用1096点FFT作频谱分析，频率分辨率为0.01Hz，可以满足精度要求。
试验结果如表1所示。
从实测结果来看，该桥的低阶模态主要以竖向弯曲为主，这与理论分析基本相符。
实测的自振频率比理论计算值略高，表明结构的整体刚度大于理论值。
其原因可能与该桥测试与竣工时间相隔较长（约2年），砼强度及弹性模量高于理论计算取值（28天设计值）有关。
实测阻尼比大都介于1%~3%之间，这些阻尼值实际包含了结构阻尼与空气阻尼两部分，表征了结构在低量级环境振动下的能量消散情况。
图2(a)~2(f)给出了部分实测竖向弯曲模态曲线，从图中可以看出，实测与理论曲线大部分比较接近。
但二阶竖向对称弯曲振型差别较大，其原因与参考点在该模态下接近驻点位置，信噪比较小有关。
表1 结构部分实测振型及相关参数（1）金马大桥斜拉桥模态试验的结果表明，利用环境随机振动的测量和数据分析方法，所得各阶模态分阶比较清楚，理论与实测振型曲线比较接近，说明该方法应用于大跨度斜拉桥的自振特性测定是完全可行的。
（2）现场测试的细致计划与实施是获取高质量数据的关键。
试验前对结构进行动力分析对试验的设计与规划非常有益，它有助于在结构上合理布置传感器、设置滤波截止频率、选择采样速率及记录时间。
参考文献[1]李德葆，陆秋海. 实验模态分析及其应用. 科学出版社，2001[2]沃德.海伦，斯蒂芬.拉门兹，波尔.萨斯. 模态分析理论与试验. 北京理工大学出版社，2000[3]朱乐东. 桥梁固有模态的识别. 同济大学学报，1999，27(2)：179~183[4]李国强，李杰. 工程结构动力检测理论与应用，科学出版社，2002Modal Test of JinMa Cable-stayed BridgeHu Liping(GuangDong Provincial Communication Engineering Quality Test Center, GuangZhou, 510420) Abstract: By introducing the modal test of GuangDong JinMa Cable-stayed Bridge, this paper present the theory and methodology of modal test using the ambient stochastic vibration method for long span bridges. Comparison of the result between the measured and theoretical analysis shows that this method is valid.Key words: JinMa Bridge; modal test; ambient stochastic vibration。
