大跨径混凝土斜拉桥动力特性和地震时程响应分析
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析
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。
大跨径斜拉桥动力特性分析
主梁 采用 梁 单元模 拟 时 ． 键 问题在 于 合理 模 拟 关 主梁 的刚 度和 质量 分 布 。 从考 虑 主梁转 动 惯量 的角度
出发 ， 将 梁 单 元 的坐 标 设 在 主梁 断 面 的 扭转 中心 。 应
大桥 为 例 ， Ａ Ｓ Ｓ有 限 元分 析 软 件 对其 成 桥 状 态 用 ＮＹ 下 的 自振特 性进 行分 析 。
（ ． ｒｎｐ ｒ ｔ ｎ ｏｌ ｅ ｆ ｏｔｅｓ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｎｉｇ ０ ６ Ｃ ｉａ １ Ｔａ ｓｏｔ ｉ ｌ ｇ ｕｈ ａｔ ｎｖｒｉ ， ａｊ １ ９ ， ｈｎ ； ａｏ Ｃ ｅ ｏ Ｓ ｔ ｎ ２０ ２ ＪａｇｕＰｏｉｃ ｌ ｏ ．ｉ ｓ ｒｖ ｉ ｍｍｕ ｉａ ｏ ｌ ｎｎ ｎ ｅｉ ｓ ｔｔ， ａｊ ｇ２ ０ ， ｈｎ ） ｎ ｎ ａＣ ｎｃｔ ｎＰａ ｉｇ ｄＤ ｓ ｎＩ ｔｕｅＮ ｎｉ １０ ５ Ｃ ｉａ ｉ ｎ Ａ ｇ ｎｉ ｉ ｎ ０
大跨径 斜拉 桥 具有跨 越 能力 大 、 体 刚度 高 等优 整
１ １ 主梁 ．
点 ， 受风 荷载 、 震荷载 等 动荷载 影 响较 大 ， 但 地 因此在
工程 结构 设计 中 ． 需要 掌 握可靠 的大跨 径斜 拉 桥 的 就
动 力 特 性 ， 进 行 结 构 动 力 响 应 分 析 。下 面 就 以 苏 通 并
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓｄ ｏ ｈ ｔ ｃｕ ａ ｈ ｒｃｅ ｓｉ ｆ ｏ ｇｓ ａ ａ ｌ－ ｔｙ ｄｂ ｄ ｅ ｔｅｍｅｈ ｄ ｏ ｕ ｌｉｇａｆ ｉ ｌ— ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔｅｓｒ ｔｒｌ ａａ ｔｒ ｔ ｏ ｎ ｐ ｎｃ ｂｅ ｓａ ｅ ｒ ｇ ．ｈ ｔ ｏ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｕ ｃ ｉ ｃ ｌ ｉ ｂ ｄ ｎｅ
大跨斜拉桥动力特性及几何非线性地震响应分析
山区间 ， 距下游李家沱长江 大桥 ６ｋ 西接成渝高速公路 ， ｍ， 横 跨成渝铁路 ， 通过 东西立交道与城 区各干线连 接。本桥 主桥 采用双塔双索面漂浮体 系斜 拉桥 ， 主桥全长 ７ ８ｍ， １ 桥跨布 置
为 １９ｍ＋３０ｍ＋１９ｍ。主桥桥面宽 ３ ． ７ ６ ７ ０ ６ｍ。主梁采用 预
式 （） ３ 的第ｊ 个方程 为 ：
ｌ＋… ＋ Ｌ ＋ … ＋ｒ Ｕ ＋ Ｉ ｔ＋… ＋ ％
， ●● ● ●● ，、 ●● ●● ● ●● ●● ● ● ●● Ｌ
ｍ 晰 １个 每根 索划分成 ５个 单元 进 行模 拟 。索 共 采用 １４ ６ 节 点 ，
１１Ｏ ８ 个单 元。
开始进入活跃期 ， 这种状态可能一直要持续到本世纪末。
—． ．．． ． ．。． ．．． ．
●
●
●
桥梁作为重要的社会基础设施 ， 有投资大 、 具 公共性 强 、 维护管 理困难 的特点 。桥梁 同时又是 抗震 防灾 、 危机 管理 系 统 的一个重要组成 部分 。地震 中桥梁 设施的损坏 、 塌所带 倒
【 关键词】 斜拉桥 ； Ａ Ｓ Ｓ 几何非线性； 时程分析 ； 行波激励 ＮＹ ；
【 中图分类号】 Ｕ ４．７ ４８２
地震 ， 历来是严 重危 害人 类的一 大 自然灾 害 ， 是地球 内
【 文献标识码】 Ｂ
对于一座大跨 度斜 拉桥 ， 采用 有 限元法 离 散， 以得 到 可 结构 的动力平衡方程 ： ［ ］ 五 ＋［ ｛ ＋［ ｛ ｝ Ｐ｝ ｛ ｝ ｃ］ ｝ Ｋ］ Ｍ ＝｛ 用大质量法建立的强迫运动模 型如图 １所示 。
维普资讯
大 跨 斜 拉 桥 动 力特 性 及 几 何 非 线 性 地 震 响应 分 析
大跨预应力混凝土斜拉桥模态与地震响应分析
桥 梁 与 隧道 工 程
ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ＆ Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ Ｉ Ｅ ｎ ｅ ｅ ｒ ＿ ｎ ｇ
以内 ，根据本 桥动力特性和黏滞流体阻尼器和横
向 钢 阻 尼 器 相关 抗 震 性 能 参 数 ，在 本 桥 纵 向抗 震
ห้องสมุดไป่ตู้
体系采用 １ ２ 个黏滞 流体 阻尼器 ，横 向抗震体 系采
本 项 目采 用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ 建 立 斜 拉 桥 动 力 有 限元 模
模型 ，基于该斜拉桥 的动力 特性 ，利用反应谱法 对该桥在罕遇地震作用下 的地震响应进行计算与
分 析 ，并 对 该 大跨 度 预应 力 混 凝 土 斜 拉 桥 的地 震 响应 特点 进 行 阐述 。
１ 工程 概 况
对 应 地震 动反 应谱 特征 周期 为 ０ ． ４ ５ ｓ 。
４ ５ ６ ７ ８ ９ １ Ｏ
１ ． ４ ｌ ９ １ ． ３ ９ ４ １ ． ３ ０ ８ １ ． ０ ５ ７ ０ ＿ ８ ７ １ ０ ． ７ ｌ ６ ０ ． ６ １ ７
０ ． ７ ０ ５ ０ ． ７ １ ７ ０ ． ７ ６ ５ ０ ． ９ ４ ６ １ ． １ ４ ８ １ ． ３ ９ ７ １ ． ６ ２ ｌ
对模 型 采 用 子 空 间 迭 代 法 进 行 模 态 分 析 ，仅
取 具 有 代 表 性 的前 １ ０阶振 型 ，周 期 、 自振 频 率 和
振 型特 征 如表 １ 所 示 ，部 分 典 型 的振 型 如 图 ２
所永。
表 ｌ 斜 拉 桥 自振 频 率 和 振 型 特 征 表
振 型阶次 周期（ ｓ ）
力 。然 而 ，我 国是 地 震 多发 国 家 ，灾 害 频 繁 ，地
底 板 水 平 设 置 。主 梁 采 用 预应 力 混 凝 土 结 构 ，按
基于有限元的大跨度斜拉桥地震反应分析
震
研
究
K A N G Z H E NY A NJ I U
位移值包含了地面的运动 ,是绝对位移值) 。 为了分析地震波的传播速度对考虑行波效应时 地震动对大跨度斜拉桥的影响 ,分别考虑当波速分别 为 100 m/ s 、 200 m/ s 、 350 m/ s 、 500 m/ s 、 700 m/ s 、 1000 m/ s 、 1 250 m/ s 、 1 500 m/ s 、 2 000 m/ s 和 2 500 m/ s时 ,对大跨斜拉桥进行几何非线性的非一 致 ( 行波效应) 纵向激励地震动反应分析 ,分析结果见 表 4 所列 。
341. 7 cm/ s2 ,为了满足抗震规范要求 [ 3 ] , 将峰值乘以
共设 52 对斜拉索 。 2. 2 主要部位的模拟 有限元模型必须是桥梁原型的数学和物理的代 表 ,这样才能为桥梁在各种工况下的响应提供全面的 信息 。为了真实全面地模拟桥梁结构的力学特性 ,所 建立的有限元模型必须如实地反映结构构件的几何 、 材料特性以及各构件的边界连接条件 。 在该模型中 , 斜拉桥的加劲梁 、 塔柱及塔柱横梁 均采用空间梁单元建模 。为了考虑非线性 ,斜拉索则 用索单元建模 。斜拉索与加劲梁之间用刚臂连接即 弹性连接中的刚性[ 1 ] ,从而将从节点位移和节点力变 换为主节点的节点位移和节点力 。这样处理 ,可以避
x y z
塔顶
31 . 88 0 0. 15
跨中
6 . 95 0 0
主跨 1/ 4 处
6 . 84 0 25. 50
边跨跨中
6 . 69 0 27. 90
5 考虑行波效应对地震反应的影响
本文采用行波法对斜拉桥进行分析 ,采用地震波 到达斜拉桥各支承点的时间差来考虑行波效应 。地
近断层地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析
近断层地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析摘要：为研究近断层地震动以及其中的高能速度脉冲对于独塔斜拉桥的影响，以某一大跨径独塔混凝土斜拉桥为案例，将台湾集集地震记录的多条近断层地震动及其高能速度脉冲分别作为地震输入，使用有限元程序进行仿真分析，从主塔主梁等重要构建的位移、弯矩、剪力等关键地震响应参数入手，分析近断层地震动与非近断层地震动之间，以及各种不同近断层速度脉冲对于此斜拉桥的地震损伤影响。
通过系统的分析比较发现，近断层地震动对于此类斜拉桥的地震损伤增加明显，平均增加位移响应48%，而近断层地震动中的速度脉冲输入了绝大多数能量，且速度脉冲与结构的周期越相近则输入能量越大。
关键词：桥梁抗震；近断层地震动；独塔斜拉桥；速度脉冲地震可以在短时间内释放大量能量，进而对影响范围内的工程结构带来损伤，其中的近断层区域由于靠近震中，地震场中的近场项不可忽略，这致使近断层区域中的地震动能量更加集中，且时常伴有破坏性极强的速度脉冲，会对其中的大体量结构产生巨大冲击[1]。
大跨斜拉桥在公路网中扮演着重要角色，一旦受到地震作用发生损伤将直接影响整个交通网络功能的实现，且需要修建大跨斜拉桥的地区大多地势起伏、环境复杂，桥位的选择受到极大的限制，部分桥梁可能需要紧邻断层而建，甚至是跨越断层，无法保证一定的安全距离[2][3]。
对于大跨斜拉桥来讲，由于其体量较大、自振频率较低，极易与近断层地震动中的低频速度脉冲耦合，从而在短时间内承受大量地震能量，进而发生桥梁结构的破坏[4][5]。
这种地震损伤本质上是一种发生频率极低的现象，其有着较为苛刻的条件，需要大型地震的近断层范围内存在大型桥梁结构，但是随着我国“十三五”计划的推行，西南地区需要修建多条关键公路[6]，其中包含众多控制性大型桥梁，加之我国西南地区地震频发，这使此类损伤的发生概率大大上升。
对此，本文以一独塔斜拉桥为例，分别使用近断层地震动和非近断层地震动进行激励，以桥梁主要构件地震响应为标准，判断近断层地震动对案例桥梁的影响。
大跨度斜拉桥弹塑性地震响应分析及抗震性能评价
２ 考 虑材料 非线 性 的纤维 单元模 型
采用 了能 同时考虑轴力和两方 向弯矩非线性 的纤维单元来考虑材料非线性 ，进 而分析骑螺 沟 大桥 的非线性地震响应【７ 】 Ｊ。 【 根据纤维模 型理论把梁柱截 面划分成多个小 四边形 纤维 （ 包括混凝 土纤 维和钢筋纤维 ，见 图 ４， ）引入 以下假定 ： １ 纤 维梁 可以发生大 位移但 （）
行 弹塑性 地震 响应 分析 和 非线 性抗震 能力 的评 估 ， 计算 分 析表 明 ： 虑 材料 非线 性后 ， 梁的 面 内 、 弯矩 以及 主塔 的轴 力 、 考 主 外 面 内 、 弯距均 有较 大程度 地 降低 ， 外 主梁纵 向位移 以及 主塔 的面 内 、 剪力均 由不 同程度 的提高 。 外
向 ５ｍ， 下端渐变为 ９ｍ和 ５ｍ， 为单箱单室结构 。 在 中塔柱和下塔柱相交部分设置一道横梁 ， 横梁采
收稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １－ ８ ０
作者简介 ： 奚灵智 （９２ ）男 ， １８ 一 ， 浙江 台州人 ， 工程 师 ， 从事道 路桥 梁工程 设计 工作 。
型的伸 缩缝 。
１ 有 限 元 分 析 模 型
建立 了斜 拉桥 的空 间动力计 算模型 ， 图 ２ 见 。 在有 限元计算模 型 中采用 空间梁单元模 拟桥墩 、 主梁 、 主塔 ； 索单元模拟 斜拉索 ； 拉索与主梁及 斜 主塔 的连 接 方 式 采 用 弹性 连接 中 的 刚性 连 接 。 为 简化计算 ， 不考虑承台和桩基础 的影响。 限元模 有 型共 有 ９ ８个节 点 ，７ １ ６ ８个 单 元 。 有 限元计算 中 ，自由振 动计算 时采用子 空间 法求解特征值 ；地震响应分析 时采用 Ｎ ｗ ａ 直 ｅｍ ｒ ｋ 接积分法 （ Ｂ＝１ 和 Ｎ ｗｏ 代 法 。用 Ｐ ／ ４） ｅ ｔｎ迭 一６ 效 应 和动坐标法考虑大位移的影 响［ 】 斜拉桥 整体 ４。 】 【 ５ 阻尼采用 Ｒ ｙ ｉ ａｌｇ ｅ ｈ阻尼 ，其 两 个 阻 尼 系 数 均 设 为 ０Ｏ ， ． 两个频率根据结构 固有频率而设为不 同值 。 ５ 输入 的地震波采用《 场地地震安全评价报告 》 中提 供 的人工地震加速度时程 ，由于大震作用下桥梁 结构 响应较大 ， 故后面的分析均针对大震进 行 ， 大 震 加 速度 时 程 响 应 曲线 见 图 ３ 。
大跨度斜拉桥的抗震设计方法与实践案例分析
大跨度斜拉桥的抗震设计方法与实践案例分析引言：大跨度斜拉桥作为现代交通工程的重要组成部分，在提升交通运输效率和便捷性方面具有重要的作用。
然而，大跨度斜拉桥的抗震设计是一项重大挑战，因为在地震发生时，斜拉桥受到的地震力会导致其结构和组件发生变形、损坏甚至崩塌。
为了确保大跨度斜拉桥在地震中的安全性能，必须采取一系列的抗震设计方法和措施。
本文将介绍大跨度斜拉桥的抗震设计方法，并分析几个实际案例。
抗震设计方法：1. 地震参数评估：在进行大跨度斜拉桥的抗震设计时，首先需要对地震参数进行评估，包括地震烈度、地震频谱、附加振荡周期等，以确定地震力大小和震动频率范围，为后续设计提供基础。
2. 结构刚度控制：大跨度斜拉桥抗震设计的一个重要目标是使结构具备足够的刚度来抵抗地震力的作用。
通过采用适当的横向刚度措施，如设置横向独立支座、加强桥墩抗震、增加纵向连续刚度等，可以有效提高桥梁整体刚度，减小地震引起的变形和破坏。
3. 高强度材料应用：在大跨度斜拉桥的抗震设计中，采用高强度材料是一种重要的手段。
高强度混凝土、高强度钢材等材料可以提供较高的抗震性能，使斜拉桥具备更好的抗震能力。
4. 斜拉索系统设计：斜拉索是大跨度斜拉桥的重要组成部分，其设计对于抗震能力至关重要。
为了使斜拉桥具有足够的抗震能力，应采用符合抗震要求的斜拉索设计方案，如增加斜拉索的数量、增大斜拉索的直径、提高斜拉索的抗拉强度等。
5. 桥梁支座设计：支座是大跨度斜拉桥的支撑部分，其设计对于桥梁的抗震能力也具有重要影响。
在抗震设计中，应选择适当的支座类型，同时考虑支座的刚度和阻尼特性，以提高桥梁的抗震性能。
实践案例分析：1. 上海东方明珠广播电视塔斜拉桥：该斜拉桥位于上海东方明珠广播电视塔上，是中国第一座采用公路、人行双用途的斜拉桥。
在抗震设计中，采用了高强度混凝土和高强度钢材作为主要材料，通过合理的结构刚度控制和斜拉索系统设计，使得斜拉桥具备较好的抗震性能。