鸭绿江悬索桥动力特性分析

鸭绿江航道整治关键技术研究报告简本引言鸭绿江发源吉林省长白山天池，全长795km，流经辽宁省境内256km。

鸭绿江上游共有四座（云峰、渭源、水丰、太平湾）水电站，均未设置通航船闸，导致航道只能局部段通航。

丹东市位于鸭绿江下游，鸭绿江大桥以上航道定为Ⅵ级航道，以下航道定为Ⅲ级航道。

由于航道多年演变，形成多处浅滩。

太平湾电站至鸭绿江大桥40.6km航道只有小型的旅游船舶航行，鸭绿江大桥至江海分界线39km航道1千吨船舶也要乘潮航行，使港口设计吞吐量难以满足，制约了丹东经济的发展。

项目的总体目标：（1）通过鸭绿江（浪头港至江海分界线）河床航道泥沙淤积规律及整治措施研究，提出多汊型航道的整治措施。

（2）通过整治措施的研究，使鸭绿江中朝友谊桥至江海分界线段航道满足Ⅲ级航道定级标准，达到让1000t级船舶全天候通航，3000t级船舶乘潮通航的目标。

（3）通过鸭绿江流冰规律以及流冰对航标的影响分析，提出航标防冰措施。

研究主要内容：专题一、鸭绿江航道（浪头港至江海分界线段）整治段水文、泥沙分析研究专题二、鸭绿江河床航道泥沙淤积规律及整治措施研究专题三：鸭绿江河口流冰对航标的影响分析研究1主要研究内容1.1专题一《鸭绿江航道（浪头港至江海分界线段）整治段水文、泥沙分析研究》主要内容研究技术路线是：（1）根据项目任务书的要求，编写研究工作大纲，并请有关专家进行大纲的评审，在充分完善工作大纲后，即以工作大纲为基础开展工作。

（2）资料搜集与现场踏勘。

广泛搜集鸭绿江河口的历史资料（包括水文、气象、泥沙、地形地貌、流冰冰况等）和相关设计与科研成果，搜集国内外相关河口工程的航道整治研究成果，针对目前鸭绿江航道现状、碍航和影响通航安全的主要因素等进行研究，确保研究成果的先进性和实用性。

（3）水文泥沙全潮现场测量。

为了解目前鸭绿江航道整治工程附近水域的潮流运动规律和泥沙情况，同时为潮流和泥沙运动数模试验提供试验依据和必要的水文参数，于2008年8月19日～8月26日期间，开展了潮流、悬移质含沙量、盐度、表层底质取样等水文测验工作。

土木工程中桥梁动力特性分析的方法指导桥梁是土木工程中重要的结构，用于连接两个地点并承载各种交通载荷。

在桥梁设计和施工过程中，了解桥梁的动力特性对于确保其安全和可靠性至关重要。

本文将介绍土木工程中桥梁动力特性分析的方法指导，以帮助工程师和设计师更好地理解和评估桥梁的行为。

1. 桥梁动力学模拟方法桥梁动力学模拟方法是桥梁动力特性分析的重要工具。

它利用数值模型和仿真技术，模拟桥梁在不同荷载下的动态响应。

其中，有限元法是一种常用的桥梁动力学模拟方法。

通过将桥梁划分为有限个小单元，建立桥梁结构动态方程，可以计算桥梁的振动频率、振型和动力响应等重要参数。

2. 模态分析模态分析是桥梁动力特性分析的基本方法之一。

它通过计算桥梁的固有频率和振型，来了解桥梁在自由振动状态下的动态特性。

通过模态分析，可以确定桥梁的主要振型及其对应的固有频率，从而为桥梁的设计和施工提供指导。

3. 响应谱分析响应谱分析是桥梁动力特性分析的另一种重要方法。

它通过建立地震作用下桥梁的动力方程，计算桥梁在地震作用下的动态响应。

响应谱分析考虑了地震的频谱特性，可以准确评估桥梁在地震荷载下的动态性能。

这对于位于地震活跃区域的桥梁来说尤为重要。

4. 动车组荷载分析在高速铁路桥梁设计中，动车组的荷载是必须要考虑的因素。

动车组荷载分析是桥梁动力特性分析的一个重要方面。

它通过建立动车组、铁轨和桥梁的耦合动力方程，计算桥梁在动车组荷载下的动态响应。

通过动车组荷载分析，可以评估桥梁在高速列车行驶过程中的振动和动态行为。

5. 风荷载分析风荷载是桥梁设计中必须考虑的一个重要荷载。

风荷载分析是桥梁动力特性分析的一个重要内容。

它通过建立桥梁在风荷载作用下的动力方程，计算桥梁在风荷载下的振动和变形。

风荷载分析对于桥梁的抗风设计和结构安全性评估具有重要意义。

6. 动力响应监测动力响应监测是桥梁动力特性分析的重要手段之一。

通过在桥梁上设置传感器，如加速度计和应变计等，可以实时监测桥梁的动力响应。

三塔悬索桥静力特性分析的开题报告一、选题背景随着城市化进程的加速和经济发展的不断提升，桥梁建设已成为城市基础设施的重要组成部分。

悬索桥不仅具有较好的通行能力，还具有设计美观、结构稳定等优点，因此在实际工程中得到广泛应用。

而三塔悬索桥作为一种新型的悬索桥结构，是目前世界上应用比较广泛的悬索桥之一。

因此，对于三塔悬索桥进行静力学分析，探讨其力学特性及其受力性能具有重要意义。

二、研究目的1.探究三塔悬索桥结构的力学模型，并对模型进行分析；2.基于静力学原理，对三塔悬索桥各构件进行受力分析；3.研究三塔悬索桥的变形特性和刚度特性。

三、研究内容1.三塔悬索桥的结构分析：根据三塔悬索桥的实际结构情况，建立基本结构模型，推导出各构件受力公式，分析其受力情况。

2.三塔悬索桥的变形特性：根据材料力学基本原理，建立三塔悬索桥的受力方程，推导出其变形方程，进而探究其变形特性。

3.三塔悬索桥的刚度特性：通过对三塔悬索桥的自由度计算，得到其刚度系数，分析静载荷对其刚度的影响。

四、研究方法1.理论分析法：通过杆件受力和杆件变形的基本原理，建立三塔悬索桥的基本受力和抗力模型。

2.数值分析法：利用有限元软件对三塔悬索桥进行模拟分析，研究其受力性能和变形特性。

五、预期成果1.建立三塔悬索桥的力学模型，推导出各构件受力公式；2.研究三塔悬索桥的变形特性和刚度特性；3.探究静载荷对三塔悬索桥刚度系数的影响。

六、进度安排第一阶段：了解三塔悬索桥的结构及其力学特性第二阶段：建立三塔悬索桥的力学模型，推导出各构件受力公式；第三阶段：利用有限元软件对三塔悬索桥进行模拟分析，探究其受力性能和变形特性；第四阶段：总结研究结果，撰写毕业论文。

七、参考文献1. 张则泉, 悬索桥设计与建设. 人民交通出版社,2008.2. 熊元燏, 悬索桥的抗震性研究. 地震工程学报, 2011.3. 吴欣桂, 悬索桥的力学分析. 东南大学出版社, 2015.。

大型悬索桥发展动态及关键技术分析大型悬索桥发展动态及关键技术分析【摘要】随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。

洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁。

一些地方为了避免深水基础施工的困难和高昂的造价，满足超级巨轮通航要求，需要修建1000m以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁。

本文针对悬索桥施工及相关的技术进行简单叙述。

【关键词】悬索桥施工技术1.悬索桥的发展1.1发展过程悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由大缆、桥塔、锚碇、加劲梁和吊索组成。

构造简单，受力明确。

由于其主要构件大缆承受拉力，材料利用效率最高。

因此悬索桥是目前跨度超过1000m 时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。

悬索桥的发展具有几个重要里程碑：(1)弹性理论的建立。

(2)挠度理论的建立。

(3)桥梁风工程学科的建立。

(4)流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的广泛应用。

(5)有限元技术的发展，大跨度悬索桥有限位移理论的建立。

1.2大跨度悬索桥研究前沿1.2.1大跨度悬索桥抗震研究大跨度悬索桥投资大，且作为交通工程的枢纽，其抗震设计与研究则是重中之重。

对于大跨度悬索桥,其抗震研究的前沿问题主要有：（1）多点激励：大跨度桥梁的各支撑点可能位于显著不同的场地上,导致各支撑处输入地震波的不同,因此,在地震反应分析中就要考虑多支撑不同激励。

（2）行波效应：由于地震波速是有限值,当支座间距离很大时,必须考虑其到达各支座的时间不同。

（3）合理的地震动输入：同一桥梁对不同地震动输入有不同的地震反应，桥梁设计中究竟取怎样的地震动输入将起决定作用，合理的地震动输入至少应是桥址区的可能地震动，所以地震动记录以及地区地震危险性分析研究变得相当重要。

（4）地基-土相互作用：地基与土的相互作用主要体现在两个方面，即地基运动的改变和结构动力特性的改变。

悬索桥分析-几何刚度初始荷载考虑使用简化方法计算获得索的水平张力和主缆的初始形状，利用悬索单元的柔度矩阵重新进行迭代分析。

当获得了所有主缆单元的无应力长之后，则构成由主缆和吊杆组成的索的体系，即，主缆两端、索塔墩底部、吊杆下端均按固接处理。

当将无应力索长赋予悬索单元时，将产生不平衡力引起结构变形，然后通过坐标的变化判断收敛与否，当不收敛时则更新坐标重新计算无应力索长直至收敛，建模助手分析结束。

悬索桥分析控制以建模助手生成的主缆坐标、无应力索长、水平张力为基础进行悬索桥整体结构的初始平衡状态分析。

对于地锚式悬索桥，其通过建模助手建立的模型，若小范围地调整加劲梁，对索的无应力长度和主缆坐标影响不是很大，因此一般来说直接采用建模助手的结果即可，当需要做精密的分析时也可采用悬索桥分析控制功能进行第二阶段分析。

而自锚式悬索桥，由于其加劲梁受较大轴力的作用，加劲梁端部和索墩锚固位置会发生较大变化，即主缆体系将发生变化，所以从严格意义来说建模助手获得的索体系和无应力长与实际并不相符。

因此必须对整体结构重新进行精密分析。

其过程如下：将主缆和吊杆的力按静力荷载加载到由索塔墩和加劲梁组成的杆系结构上，计算加劲梁和索塔墩的初始内力，并将其作用在整体结构上。

通过反复计算直至收敛，获得整体结构的初始平衡状态。

（参考MIDAS主页技术资料《自锚式悬索桥》对于初始荷载的说明）从671版本开始，在“荷载/初始荷载”中，分为大位移和小位移两项，其内又分为几何刚度初始荷载、平衡单元节点内力、初始荷载控制数据、初始单元内力共4项内容。

其作用分别如下：1、大位移/几何刚度初始荷载：描述当前荷载作用之前的结构的初始状态。

可由悬索桥建模助手自动计算给出结构的初始平衡状态。

用户输入几何刚度初始荷载进行非线性分析时，不需定义相应的荷载工况，程序会自动在内部考虑相应荷载和内力，使其达到平衡，因此此时位移为0。

如果用户又定义了荷载工况，则荷载相当于双重考虑，此时不仅会发生位移，而且内力也会增加1倍左右。

一种悬索桥静力分析的解析元法悬索桥是一种以悬挂主缆作为桥面承载构件的特殊桥梁形式。

它利用主缆的张力在两座塔之间构成一座悬廊，再将桥面系在主缆上，以主缆的轴力及桥面自重共同承受荷载。

悬索桥因具有自重轻、不易产生侧向力等优点，被广泛应用于广场、公园、城市快速路等场所。

对悬索桥静力分析的解析元法进行研究，是提高悬索桥设计和施工质量的重要方法。

悬索桥的静力分析包括计算主缆的张力及桥面挠度等内容。

解析元法是一种数学模型，常用于工程领域计算较为复杂的问题。

对于悬索桥的静力分析，解析元法能够提供快速、准确的解决方案。

下面主要介绍悬索桥静力分析的解析元法。

一、悬索桥结构分析悬索桥结构主要由主缆、悬缆、桥塔、桥面等部分组成。

主缆是整座悬索桥的承重构件，用来承担荷载并将荷载传递到桥塔上。

桥塔是支撑主缆的承力点，用来承受主缆产生的轴力和剪力。

悬缆起到调整主缆的垂直度和笔直度的作用，防止产生水平力，起到辅助支承作用。

桥面则用来承载行车、行人和货物的重量。

二、有限元法有限元法是一种力学计算数值方法，应用于求解难以用解析方法求解的结构问题。

有限元法将连续体分成有限数量的单元，每个单元的物理特性相同，可以使用线性代数的方法来求解单元的力学性质，最后通过单元的组合，求解整个结构的力学性质。

与常规的数值方法相比，有限元法的优点在于其高效性和灵活性。

三、解析元法解析元法是一种衍生于有限元法的数学分析方法，它采用解析表达式作为单元材料特性。

这个材料特性被广泛应用于各种材料和组合。

较为显著的例子包括：材料和纤维增强复合材料的刚度和强度，以及结构元件的应力和振动响应。

解析元法的主要优点是，它可以计算出某些材料特性的精确解析表达式，这些表达式可以很快计算，不需要对信号采样和计算做太多预处理。

此外，解析元法的结果通常比其他数值方法更精确。

四、解析元法在悬索桥静力分析的应用1.用解析元法计算主缆的张力解析元法在计算主缆张力时，可以将整个悬索桥等效为两个受力问题。

大跨公轨两用悬索桥动力特性的参数敏感性分析张兴;杜斌;向天宇【摘要】To investigate the dynamic characteristics of long-span road-rail suspension bridges,a full-bridge discrete unit finite element model is established by Midas/Civil based on the 3rd Maling River Bridge in Guizhou.Modal analysis is conducted with subspace iteration method to obtain the natural frequencies and the mode shape of the bridge.Then the control variable method is employed to analyze the effects of seven key structural parameters,including pylon stiffness,cable stiffness,girder stiffness,boom stiffness,dead load,central buckle and wind-resistance bearing.The results indicate that the fundamental frequency of the bridge is 0.172 316 Hz and the corresponding vibration mode is the first symmetric lateral bending mode of the main girder.The fundamental frequency of the road-rail suspension bridge is higher than that of the normal highway suspension bridge,and the integral stiffness is also high.The increase of the pylon stiffness can increase the lateral vibration frequency of pylon.With the increase of the cable stiffness,the first vertical vibration and torsion frequencies of the main girder increase significantly.The increase of boom stiffness improved the lengthways flutter frequency to some degrees.With the increase of girder stiffness,the lateral bending and torsion frequencies of the main girder are increased significantly and the performances of structural lateral stiffness and flutter are improved.However,the increase of dead load intensity can decrease thelateral vibration,the vertical vibration and the torsion frequencies of the main girder by different degrees,while,the central buckle and the wind-resistance bearing can improve the integral structure stiffness effectively.%为了深入研究大跨度公轨两用悬索桥的动力特性,以贵州省在建的马岭河三号特大桥为研究对象,基于Midas/Civil建立全桥三维离散单元有限元模型,采用子空间迭代法进行模态分析,得到该桥的自振频率和振型,并采用控制变量法,分析主塔刚度、主缆刚度、加劲梁刚度、吊杆刚度、恒载集度、中央扣和横向抗风支座等六类结构关键参数对其动力特性的影响.研究结果表明:该桥基频为0.172 Hz,对应振型为主梁1阶正对称侧弯,该桥自振频率较同等跨径的普通公路悬索桥高,结构整体刚度较大;增大主塔刚度,主塔侧向振动频率提高;增大主缆刚度,主梁1阶竖向振动和扭转频率提高;增大吊杆刚度,纵飘频率有一定程度提高;增大加劲梁刚度,主梁侧弯和主梁扭转振型频率的提高显著,有助于提高结构的横向刚度和改善结构的颤振性能;而增大恒载集度,以主梁振动为主的侧弯、竖弯、扭转振型的自振频率均有不同程度的降低;中央扣和抗风支座能有效提高结构的整体刚度.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2018(062)006【总页数】6页(P77-82)【关键词】悬索桥;公轨两用桥;结构参数;子空间迭代法;动力特性;振型;频率【作者】张兴;杜斌;向天宇【作者单位】贵州大学,贵阳550025;贵州大学,贵阳550025;贵州顺康路桥咨询有限公司,贵阳550000;西华大学,成都610039【正文语种】中文【中图分类】U448.25贵州省是一个多山深谷及喀斯特地貌广泛分布的省份，省内的城市轨道交通宜采用轻轨方案，虽然有轨电车基本上采用地面运行方式，但是在需要跨越沟谷河流的时候，仍需采用桥梁方案，这一问题在贵州的多山深谷地区会显得十分突出。

第二章 悬索桥静力分析第一节 概 述悬索桥在静荷载下的结构行为是决定悬索桥结构设计的主要依据，所以，关于静力分析理论和方法的研究，就成了悬索桥理论研究中最重要和最基本的部分。

一、悬索桥静力分析理论研究的历史发展与现状述评悬索桥在成桥阶段受有竖向荷载、横向荷载和偏心荷载等，针对不同方向的荷载，通常采用不同的计算模型和方法。

1. 悬索桥在竖向荷载下的结构分析一般认为，悬索桥在竖向荷载下的结构分析理论的发展构成了近代悬索桥的理论基础。

而分析理论的这种发展，其根源在于：①对悬索桥行为特点的愈来愈正确的认识；②数值方法和计算机的发展；③悬索桥因其向大跨发展而出现的一些新的结构特色。

大致来说，悬索桥承受竖向荷载的结构分析理论可以划分为如下几类：弹性理论，作为连续参数方法的非线性膜理论，作为离散参数方法的非线性离散吊杆理论和非线性有限元理论，以及由上述理论导出的简化和近似分析方法。

（1）弹性理论在19世纪以前，悬索桥还没有任何力学分析方法。

直到1823年法国的Navier，才总结发表了无加劲悬索桥的计算理论[1]。

后在1858年，英国的Rankine才提出了针对有加劲梁的悬索桥的计算理论。

但这个理论武断地假定由活载所生的吊杆拉力集度等于所有活载除以跨长所得的值，且沿跨均布，第二章 悬索桥静力分析9以此为基础来分别分析缆索和加劲梁的内力。

由于这个武断假定导致了分析10 大跨悬索桥理论所得的缆和加劲梁变形不协调，所以该理论自然是不合理的。

大约在1880年前后，在美国以Levy为代表的一批学者尝试用Navier及Castigliano建立的结构分析理论来分析悬索桥的内力；在欧洲Navier及Castigliano本人也在进行这样的尝试（此前他们的理论主要用于拱类结构的分析），这就出现了最初的悬索桥弹性理论[1]。

根据这个弹性理论，吊杆拉力集度将仍为沿跨度均布，但是其值将取决于缆索和加劲梁的刚度。

这种弹性理论后经Steinman整理成习用的标准形式[2-4]。

MIDAS做悬索桥分析(一)一悬索桥初始平衡状态分析悬索桥主缆在加劲梁的自重作用下产生变形后达到平衡状态，在满足设计要求的垂度和跨径条件下，计算主缆的坐标和力的分析一般称为初始平衡状态分析。

这是对运营阶段进行线性、非线性分析的前提条件，所以应尽量使初始平衡状态分析结果与设计条件一致。

使用midas Civil中“悬索桥建模助手”功能，可以很方便的完成悬索桥的初始平衡状态分析。

1 建模助手图1 悬索桥建模助手图1是悬索桥建模助手设置对话框，参考帮助说明文档，掌握各参数含义与使用须知。

在使用该建模助手时，经常碰到如下疑问：1）对于小跨径的人行索桥，没有边跨如何建模？2）桥面系荷载如何正确定义？3）横向力如何计算？解决了上述疑问，才能正确的使用悬索桥的建模助手。

对于问题1，即要实现如图2的结构布置：图2 无边跨悬索桥布置在建模助手对话框中，通过设置主梁端点A1的坐标和边跨吊杆间距完成无边跨与吊杆的布置。

图3 无边跨悬索桥设置有边跨无吊杆：A1的x坐标为a，左跨吊杆间距为a的绝对值；无边跨：A1的x坐标为a，但a输入非常小的数值，例如-0.01，左跨吊杆间距为a的绝对值；对于问题2，定义桥面荷载有2种方法，如以下图所示：图4 单位重量法图5 详细设置方法1，定义单位重量荷载值，荷载类型为等效均布荷载，大小等于除主缆和吊杆自重外成桥恒荷载，主缆和吊杆自重程序会自动考虑。

方法2，勾选详细设置，荷载类型有点荷载和均布荷载，可以分别定义桥面左、中、右跨的成桥恒荷载（不含主缆和吊杆自重）。

当使用点荷载时，程序将桥面恒荷载集中到吊杆上，每根吊杆承当的荷载值为相邻吊杆间距围的桥面恒载加上吊杆两端锚固处的恒荷载；当使用分布荷载时，分别定义桥面左、中、右跨等效均布荷载，对于不同跨径围，桥面恒荷载变化比较大能准确定义。

对于问题3，在视图选项中，点击实际形状时，程序输出横向力（主缆水平分力），如以下图：图6 实际形状与横向力横向力计算过程如下：利用节线法求主缆初始坐标与初始横向力，分为2步骤：首先根据桥面恒载值，等效为吊杆处的节点荷载，进行初次计算，得到相应的主缆坐标和横向力；然后，考虑主缆和吊杆自重，再迭代分析（主缆坐标影响自重，自重反过来也影响主缆坐标），满足收敛条件，最后得到主缆的初始形状和初始横向力。

模拟环境对塔玛悬索桥动力特性的影响摘要为了达到结构健康监测的目的，结构在环境因素的影响下，去理解、模拟和补充环境变化对结构动力特性的影响是极其重要的。

本文中，已经研究了从英国塔玛悬索桥中测得的加速度值，这些加速度值是用数据激励随机子空间系统识别方法处理的，并且用温度和风载对结构自振频率的影响进行了环境变量的模拟。

本文应用了两种方法：1）基于有效识别环境效应所致的线性变化规律的主因子分析法(PCA) ；2）元模型法,这是一种通过多项式函数的组合变化来确定系统输入输出关系的纯数学方法。

研究发现在所有环境因素中温度是影响桥梁自振频率最关键的因素。

引言环境因素对土木结构自振频率的影响是导致结构健康监测技术只能应用于实验室而不能在实际工程结构中得到应用的主要原因。

在实验室发展起来的损伤检测技术往往无法在具有实验室相同条件的现场发挥作用；作为衡量破坏敏感性的特征参数也通常对工作环境引起的结构动力反应变化很敏感，而这种情况在实验室是不会出现的。

这一方面的研究在过去的几年中得到了很大的关注，处理这个问题的方法在Sohn的关于工作环境对结构健康监测的影响一文中有很好的阐述。

本文研究了环境因素对塔玛悬索桥自振频率的影响，尤其是温度和风速的影响。

以前主要集中在温度变化对桥梁模态频率相关性的研究上，事实上，温度被认为是环境因素中对模态特性影响最主要的因素。

进一步的研究已经转移到了风载对大跨度桥梁的影响。

尤其是发现了日本的白鸟（Hakucho）悬索桥的自振频率随着风速的增加而降低，在此过程中没有考虑温度的影响。

在文献[6]中对大跨悬索桥的重型车辆荷载的影响进行了研究,发现车辆荷载对大跨度桥梁的自振频率影响很小或者没有。

在本项研究中诸如交通荷载和湿度等环境因素被忽略，认为本论文所讨论的桥梁不会受到交通荷载的影响，由于桥址的原因，也认为湿度不作为考虑的因素。

这篇文章的目的主要是确定促使所观察到的引起桥面日常自由振动的主要因素。