斜拉桥动力特性分析

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。

单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性分析运用有限元分析软件ANSYS对重庆某大桥最大悬臂状态进行了动力特性的数值模拟分析，得到了结构的自振频率，并对其振型进行描述，对影响结构自振特性的因素进行了研究。

结果表明，主梁刚度的增加有助于提高结构的扭转刚度，增强结构的抗风稳定性。

桥塔及斜拉索刚度的增加有助于提高结构的竖向弯曲刚度及侧弯扭耦合刚度，斜拉索倾角对结构的整体刚度影响较大，辅助墩的设置位置对大桥的抗风稳定性产生较大影响。

研究结果可以为同类桥梁在最大悬臂状态的抗风及抗震设计提供参考。

标签：單索面钢桁梁独塔斜拉桥；ANSYS；最大悬臂状态；动力特性；主梁；斜拉索doi：10.19311/ki.16723198.2016.17.1080引言研究桥梁结构包括自振频率、阻尼和主振型的自振特性是分析斜拉桥动力行为的基础。

结构的动力特性取决于结构的刚度、支撑条件和组成体系等。

研究桥梁结构的动力特性对于桥梁结构的抗风稳定性分析、抗震设计、健康检测和维护都有着重要的意义，同时也是判别桥梁结构是否完整的重要依据。

笔者以重庆市某大桥最大悬臂状态为背景，运用有限元分析软件ANSYS建立该桥的三维有限元模型，对其自振特性进行了分析。

研究探讨了单索面钢桁梁独塔斜拉桥最大悬臂状态自振特性在参数影响下的一般规律，其结果可作为同类桥梁研究和设计工作的参考依据。

1工程背景重庆某大桥南穿渝中区洪崖洞旁沧白路，跨嘉陵江，北接江北区江北城大街南路。

主桥为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，跨径布置为88m+3索塔采用天梭形，包括上、中、下塔墩，采用C50混凝土。

2有限元模拟建立与结构实际状况相符的力学模型，是分析大桥在最大悬臂状态的空间动力特性的基础。

计算模型力求在边界条件、质量、刚度上的模拟与实际状况相符。

采用正确的单元来模拟斜拉桥各个主要组成构件是建立大桥最大悬臂状态空间有限元模型的关键。

因此在建立有限元模型时，将主要基于以下原则来选择单元：（1）选取的单元必须能最大程度地模拟结构的受力特性；（2）必须保证计算结果具有足够的精度；（3）有限元模型建立要尽量简便，计算工作量要尽量小，进行结果处理时也要比较方便。

项目基金：交通运输部西部交通建设科技资助项目(200731822340)。

作者简介：高原(1976-)，女，云南昆明人，硕士，主要从事桥梁、道路工程教学与科研。

1引言目前，中国已成为世界上拥有预应力混凝土斜拉桥(以下简称“PC 斜拉桥”)数量最多的国家之一。

然而，拉索的腐蚀退化和振动疲劳衰减是制约PC 斜拉桥使用寿命的两大因素，已成为结构耐久性的威胁和挑战。

另外，相当一部分PC 斜拉桥在经过一段时间的运营后，结构的线形或内力偏离原设计状态过多，导致结构的混凝土开裂、主跨下挠、局部构件失效等病害。

PC 斜拉桥的加固已成为工程中的热点问题，由此使得各种加固技术不断丰富，也出现了许多新的加固方法。

但是，旧桥加固后评价技术却显得相对滞后，特别是对桥梁加固后的动力特性评价。

自振特性是结构本身固有的、反映桥梁刚度的指标，分析结构加固前后动力特性的变化，并对其动力性能进行评价是PC 斜拉桥加固后评价的重要手段。

笔者结合天津永和大桥的加固工程，在介绍主梁为带分离边箱的半开口截面的大跨漂浮体系PC 斜拉桥自振特性的计算方法基础上，分析加固措施对其动力特性的影响，对加固后的动力特性做出评价，以供参考。

2桥梁概况永和大桥为5孔一联、主孔为跨径260m 、双塔双索面、塔墩固结、连续呈漂浮体系的PC 斜拉桥（如图1），跨径组合为25.15m +99.85m +260m +99.85m +25.15m ，主梁全长512.4m ，大部分主梁节段为预制块件，截面由两侧的三角箱及中间顶板和横隔板组成，属底部呈敞开形式的半开口箱梁断面（如图2），桥面净宽为9＋2×1.0m 。

塔高55.5m ，塔柱斜腿段为型钢骨架混凝土空心柱，主墩为沉井基础，其余墩台为管桩基础，辅助墩设拉力摆索支座。

设计荷载等级为汽-20级，挂-100，人群荷载2.5kN/m 2，于1987年12月建成通车。

2006年7月～2007年2月，该桥进行了加固，其主要措施包括主梁混凝土裂缝封闭、缺陷修补及粘贴碳纤维布、主跨合龙段置换并加固、桥面铺装翻新、全桥换索并调索等。

江西九江长江公路斜拉桥动力特性分析李传习，邓志荣(长沙理工大学土木与建筑工程学院，湖南长沙 410076)摘要：以江西九江长江公路斜拉桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS,建立了该桥的空间有限元模型,并对其进行了动力特性分析,得到该桥的自振频率和振型。

分析结果显示该超大跨度半漂浮体系斜拉桥具有基本周期长、自振频率较低、模态密集、振型相互耦合等特点，为进一步进行地震作用和气动稳定性研究提供了基础，也为江西九江长江公路斜拉桥动力测试提供理论计算数据。

关键词：ANSYS；动力特性；自振频率；混合梁斜拉桥；0引言斜拉桥因其结构形式有利于大跨径受力，且外观美观、造价适中、施工方便等，目前已成为世界上最广泛的大跨径桥梁形式之一。

近几十年来，因为斜拉桥设计理论、施工方法和新材料研究取得重大发展，全世界建设的斜拉桥数量和跨径迅速增长。

随着斜拉桥跨度的不断增大，其结构刚度越来越小，在车辆荷载、风荷载和地震荷载作用下，可能引起桥梁结构产生局部疲劳损伤，或会影响桥上行车舒适和安全，甚至使桥梁结构破坏[1]。

因此，超大跨度斜拉桥的动力特性和结构性能分析就显得尤为重要。

本文采用大型有限元计算软件ANSYS 建立了江西九江长江公路斜拉桥三维有限元简化计算模型，并对其进行了特征值模态分析。

该桥的建模可以为同类桥梁的动力分析提供有益的思路，其计算结果符合现有文献对半漂浮体系斜拉桥一般动力特性的描述，为进一步进行地震作用和气动稳定性研究提供了基础，也为江西九江长江公路斜拉桥动力测试提供理论计算数据。

1工程概况福州至银川高速九江长江大桥在江西九江区段跨越长江，南接江西省九江市，北连湖北省黄梅县,全长25.43025公里。

江西九江长江公路大桥主桥是一座跨径组合为70m+75m+84m+818m+233.5m+124.5m的六跨连续半漂浮体系单侧混合梁双塔斜拉桥，全长1405m。

索塔采用H形钢筋混凝土塔柱，其中两塔柱间设三根预应力混凝土横梁连接。

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。

两种斜拉桥动力特性比较随着斜拉桥跨度的不断增大，结构刚度越来越柔，其在动力荷载作用下的动力特性和结构性能倍受工程界关注。

为获得与真实结构更为接近的动力特性，斜拉桥的动力计算模式的选用至关重要，本文以辰塔公路跨黄浦江大桥为工程背景，对混凝土斜拉桥两种不同的动力模型对结构的动力特性影响进行比较分析，以期为类似工程提供参考经验。

1.工程背景辰塔公路跨黄浦江大桥位于上海市松江区主城区的西南部，基本呈南北走向的辰塔公路上，是辰塔公路（D30 公路）跨越黄浦江横潦泾段的一个重要节点。

大桥为主跨296m的双塔双索面半漂浮体系斜拉桥，桥梁跨径组合为48+77+296+77+48=546m. 桥面宽度34.6m，H型钢筋混凝土桥塔，承台以上塔高92.2m，桥面以上塔高76m. 主梁标准截面采用预应力混凝土双主肋断面，主梁宽度34.6m，顶面在车行道范围内设2.0% 双向横坡，布索区和人非混行道为平坡。

主梁中心高度2.8m，主梁肋处梁高2.55m，主梁梁高全桥不变。

桥梁总体布置图和主梁横断面尺寸如图1、图2所示.2.动力分析模型斜拉桥的动力分析模型应着重与结构的刚度、质量和边界条件的模拟，使其尽量与实际情况相符。

结构的刚度模拟主要指各构件的轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度的模拟，质量模拟主要指构件和附属物的平动质量和转动质量的模拟。

对于采用双主肋断面的混凝土梁斜拉桥来说，常用的动力分析模型有脊骨梁模型和三主梁模型两种形式。

以下将对这两种动力分析模型作一简要介绍。

2.1脊骨梁模型脊骨梁模型是动力计算中采用较多的一种模式，它将主梁处理为桥纵轴线位置的单根主梁，主梁的轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度和剪切刚度均集中到主梁上，主梁单元的节点与拉索节点采用刚臂进行连接，主梁质量可分配到主梁单元的两端节点上，并通过引入集中质量矩的形式来考虑主梁的扭转惯性。

脊骨梁模型比较好的模拟了原桥面主梁的刚度和质量，但对开口断面形式的主梁的约束扭转刚度不能充分考虑，因此需要对主梁的扭转刚度进行修正。

一、引言单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥是跨越河流、峡谷等水体的主要桥梁形式之一。

它具有结构简单，施工周期短，风阻小，景观性好等优点，在众多桥型中占有重要地位。

随着桥梁技术的不断发展，单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥在经济性、稳定性和耐久性等方面也取得了明显的进步。

但是，在单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥的施工过程中，施工动力特性是一个重要的问题。

本文主要对于单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性进行分析和探讨，以期能够更好地指导实际工程的建设。

二、单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥结构特点单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥结构形式独特，主要包括以下特点：（1）单索面：该桥梁的索面是个单曲线双向受力系统，它把桥面荷载分布到最大限度的索弦上。

（2）公路和铁路的两用性：该桥梁既可通行公路汽车，也可通行铁路火车。

（3）钢桁梁：该桥梁用钢板焊接成撑杆和横梁，具有良好的抗弯性能和强度。

（4）独塔斜拉：该桥梁中心有一座独立的主塔，从而减轻了桥梁整体的质量，提高了桥梁的稳定性。

以上特点也是单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性的基础。

三、单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性分析（1）风荷载单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥风荷载较大，因此在施工过程中，必须考虑到风荷载引起的振动和破坏问题。

在桥梁施工中，应按照设计要求严格执行风沙预报和风速等级化预警要求，加强对于施工现场交通和人员安全的保证。

（2）桥梁震动问题桥梁震动问题是单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工过程中的另一个重要问题。

对于施工中的岩石爆破、桥面浇筑等，都可能会对桥梁结构产生振动，因此应增加桥梁支撑体系，加强桥梁的稳定性。

（3）温度变化问题在单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工过程中，由于气候条件的变化可能会引起钢材温度变化，从而影响桥梁结构的稳定性。

因此，必须建立完善的监测系统，对桥梁结构进行实时监测，及时采取相应的措施，以保证桥梁结构的安全。

（4）施工机械动力问题在单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥的施工过程中，施工机械的动力问题也是需要注意的。