沙湾矮塔斜拉桥静动力特性分析(精)
双柱形桥塔斜拉桥动力特性分析
四川建筑 第 28 卷 1 期 200 8102
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© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
· 工 程 结 构 ·
(1)实桥 (模型 1)的前两阶振动为塔柱的横向振动 ,符 合双柱型双索面斜拉桥的特点 , 横向振动的频率为 01555 Hz,这对于桥梁在风荷载作用下的侧向位移是需要考虑的 ; 一阶竖弯频率为 01695 Hz,出现较前 ,说明该梁的竖向刚度 较弱 ;第 4阶振动为主梁的扭曲 ,由于采用双索面 ,提高了结 构的抗扭刚度 ,自振频率大于 1。但由于斜拉索的存在 ,主梁 的扭曲与塔柱的侧弯相互耦合 ,增大了梁体的扭曲振幅 ,是 值得注意的 。
通过对本桥的动力特性的计算和分析 ,可为同类型桥梁 的设计提供一定的参考价值 。
参考文献
( b)一阶竖弯 (正视 )
( c)一阶扭转 (正视 ) 图 4 实桥典型模态图 (2)在塔柱上增设横向联系梁 (模型 2 ) ,对桥梁的横向 刚度有较大的提高 ,横向振动基频增至 11056 Hz,主梁扭转 基频率则增至 11252 Hz,对竖向刚度则影响较小 。
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四川建筑 第 28 卷 1 期 200 8102
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· 工 程 结 构 ·
和质量的分布 。 311 斜拉索与桥塔
4 11059 主梁扭转耦合塔柱侧弯 11271
主梁竖弯
5 11290
主梁竖弯
11581
矮塔斜拉桥随机地震响应分析
矮塔斜拉桥随机地震响应分析矮塔斜拉桥随机地震响应分析地震是一种自然灾害，对人类社会的建设和生活带来了巨大的影响。
在工程建设中，科学合理地进行地震响应分析，对于确保结构的安全性和可靠性具有重要意义。
本文以矮塔斜拉桥为研究对象，通过对其随机地震响应进行分析，探讨其结构特点以及抗震能力的表现。
矮塔斜拉桥作为一种新兴的桥梁形式，以其美观大胆的设计和优良的抗震性能被广泛应用于交通建设领域。
它以独特的斜拉索系统作为桥梁的主要承载力构件，通过将桥面荷载传递到主塔上，从而实现桥梁的力学平衡。
相比传统钢筋混凝土桥梁，矮塔斜拉桥的自重较轻，因此在地震中具有较好的抵抗能力。
首先，对矮塔斜拉桥的结构特点进行分析。
矮塔斜拉桥主要由主塔、斜拉索和桥面构成。
主塔作为桥梁的支点，起到承担桥面荷载的重要作用。
斜拉索则通过各自的预拉力将荷载传递到主塔上，使桥面得以保持稳定。
桥面作为行车和行人的通道，承担着大量的荷载。
通过合理的设计和施工，矮塔斜拉桥能够保证荷载的均匀分布，并具有很好的抗震性能。
其次，对地震的基本特点进行简要介绍。
地震是地壳内发生的一种自然现象，它以大地的震动为特征。
地震会产生波动，通过传播在地球上引起破坏。
地震的发生是由于地球板块之间的相互运动和碰撞引起的。
地震的发生对于建筑物和结构物具有极大的破坏力，因此在工程建设中，必须考虑地震对于结构的影响。
针对矮塔斜拉桥的结构特点以及地震的影响，进行随机地震响应分析是十分必要的。
随机地震响应分析是通过对随机地震波进行模拟和分析，得到结构物在不同地震波作用下的响应。
对于矮塔斜拉桥来说，首先需要确定地震波的频谱特性，包括地震波的峰值加速度、周期等参数。
然后基于这些参数，采用数值模拟方法对矮塔斜拉桥的地震响应进行计算。
通过随机地震响应分析，可以评估矮塔斜拉桥在地震中的抗震性能。
首先，可以得到桥梁的动力特性，如桥梁的固有振动频率、加速度响应等。
这些参数对于评估桥梁的结构安全性和可靠性具有重要意义。
07_矮塔斜拉桥的概念及特点
设计主塔时注意赋予象征性意义，并且注意与周边环境和周边桥梁的谐调性。主塔过高则接 近于斜拉桥，缺乏桥梁形式的新颖，也减少了力向顺桥向传递的流畅感觉。 另外，主塔高度 影响到体外索布置的复杂程度和桥梁上部空间的开放性，应将主塔高度控制在体外索张力变 化不大的范围内。
主塔形状一般可设计成直立或V字型。虽然也可以象一般斜拉桥那样在主塔顶部设置横向联系 梁，但为了减少桥梁上部空间向下的压迫感觉，一般可不设置横向联系梁。直立形状的主塔 虽然可以给人简洁、安全的感觉，但缺乏上部空间的开放性；V字形的开放性较好，但较复杂 且给人的安全感相对较低。
<表 1> 扇型和竖琴型的比较
项目
扇型
竖琴型
形状
景观 评价
1. 景观效果好 2. 主塔较低时，不能充分体现视觉效果 3. 一般斜拉桥较为有效的形式
1. 体外索平行，形式简洁 2. 力的传递给人感觉较为安全 3. 体外索形成面的感觉，比较新颖
结构 评价
1. 体外索的合力点较高，预应力效果好 2. 主梁上产生的轴力较小 3. 体外索较长 4. 对于竖向荷载，刚度较大
<表 2> 体外索主塔顶部锚固方法
项目
贯通锚固方式
索鞍锚固
锚固装置
分离锚固方式
分离装置
连接锚固
锚固 方式
特征
1. 贯通实体布置 1. 贯通实体布置 1. 锚固于中空截面 1. 锚固于中空截面
2. 在出主塔处固 2. 需 要 验 算 索 锚 2. 为了抵抗索张力 2. 索张力引起的锚
定左右张力差
固位置间隙引
体外索防锈方法采用最多的是用套管包裹后，在体外索和套管之间灌注填充剂。作为第一层 防锈装置的套管有铜管、不锈钢管、铝管、聚乙烯管以及玻璃钢管等。使用不锈钢管时，为 了防止电锈蚀，需要做绝缘处理；因为铝与水泥会发生化学反应产生氧气，使索发生脆性破 坏，所以使用铝管市，不能用水泥做填充剂。作为第二层防锈装置的填充剂一般有水泥浆、 树脂油脂、 石蜡以及聚氨酯等。
单索面矮塔斜拉桥几何非线性静力分析
几何 非线性 问题 ， 并 讨论 了斜拉 桥非 线性 分析 的迭代 法 ， 利用 有 限元分 析软 件 Ｍｉ ｄ ａ ｓ ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立有 限元 模型 进行 非线 性静力
分析 。计 算结 果表 明 ， 矮塔 斜拉 桥结构 在恒载 作用 下表现 出明显 的 非线 性 ， 结构 分析 与设 计 中考 虑几 何 非线 性 的 影响 十 分力 分 析
杨 珲 ， 完海鹰 ， 梁长海
（ １ Ｉ 合肥工业大学 土木与水利工程学 院 ， 安徽 合肥
摘
２ ３ ０ ０ ０ ９ ￣ ２ ． 安徽省 交通 规划设计研究院有 限公 司， 安徽 合肥
２ ３ ０ ０ ８ ８ ）
要： 文章 以徐 明高 速公路怀 洪新河 ２号 大桥 为工程背 景 ， 针对矮塔 斜拉 桥 的高次 超静 定复 杂结 构 ， 详细 介 绍 了斜拉 桥 的
２ ． １ 弯矩 和轴 向力耦 合产 生 的梁 柱效 应
斜拉桥中由于斜拉索拉 力 ， 使 主梁和桥塔 等构 件处于弯矩和轴力 的组合作用下 ， 这些构件 即使在 材料满足胡克定律 的情况下也会 呈现非线性特性 。 在荷载作用 下 ， 构 件会产 生较 大挠度 ， 由于 轴 力 的
存在 ， 又会 在 构 件 中引 起 很 大 的 附加 弯 矩 ， 而 附 加 弯 矩 又 进 一步 加 剧 结 构 的变 形 ， 这 是 弯 矩 和 轴 力 相
７ ５ ０ ０ ０
．
１ ３ ００ ０ ０
。
７ ｓｎ ｎ ｎ
．
在荷载作用下 ， 斜拉桥上部结构的几何位置变化 显著 。从 有 限元 的角度 来 看 ， 节 点坐 标 随荷 载 的增量
变 化较 大 ， 各 单元 长 度 、 倾 角 等 几 何 特性 也 相应 产 生
斜拉桥静风稳定分析
斜拉桥静风稳定分析斜拉桥是一种广泛应用于大型桥梁建设中的结构形式。
斜拉桥在高度、跨度、结构性能和建设工艺等方面都具有许多优势，成为了现代化城市的象征之一。
然而，斜拉桥在建设过程中，不能忽略风的影响。
为了保证斜拉桥的稳定性，在设计斜拉桥时必须进行静风稳定性分析。
本文将对斜拉桥静风稳定性分析进行详细介绍。
一、斜拉桥的建设及结构形式斜拉桥是一种跨度大、高度高的桥梁形式。
相对于悬索桥和梁桥，它具有以下优点：（1）空间利用效率高，桥梁总重量小；（2）斜拉桥整体性好，较震动响应较小；（3）斜拉桥适用于跨度800米以上的大跨度桥梁建设。
斜拉桥主要分为单塔斜拉桥和双塔斜拉桥两种类型。
单塔斜拉桥是建造成本相对较低的一种形式，适用于中小跨度的桥梁建设。
而双塔斜拉桥具有较大的跨度和携带荷载能力，避免了单塔斜拉桥中的单点故障问题。
二、斜拉桥静风稳定性分析风是影响桥梁安全的关键因素之一。
斜拉桥因其高度和跨度较大，更为容易受到风的影响，从而对整体结构的稳定性产生影响。
因此在斜拉桥的设计过程中，必须对斜拉桥的静风稳定性进行分析。
静风稳定性分析主要是对斜拉桥在无风荷载和静止风荷载作用下的结构稳定性进行分析，其中静止风荷载是指风速不高于27mph的风力。
1.斜拉桥的静态稳定性斜拉桥的静态稳定性是指在不进行任何振动或非线性行为时斜拉桥是否处于平衡状态。
对于单孔连续斜拉桥，其静态稳定性由桥梁的几何形状和支座状态决定；而对于双塔斜拉桥，其静态稳定性由塔和桥箱整体的平衡状态决定。
2.斜拉桥的动态稳定性斜拉桥在静止风荷载给予作用后，其会产生风振效应。
因此、在设计斜拉桥时，必须对斜拉桥的风振效应进行分析，以确保斜拉桥的动态稳定性。
风振效应的产生、传递和影响都是由空气极化、结构振动和空气阻尼等多种因素共同作用形成的。
因此、在设计斜拉桥时，必须对斜拉桥的空气动力、结构振动和阻尼等因素进行合理的分析和研究。
3.斜拉桥的直线稳定性斜拉桥的直线稳定性指斜拉桥的各构件、部位在受到静止风荷载和动态风荷载后，是否能够保持平衡状态, 从而避免斜拉桥出现异常形变和塑性变形。
斜拉桥动力特性分析_宋雨
第45卷 第1期厦门大学学报(自然科学版)V ol.45 N o.1 2006年1月Journal of Xiamen University(Natural Science)Jan.2006 斜拉桥动力特性分析收稿日期:2005-06-16作者简介:宋雨(1972-),男,讲师.宋 雨,陈东霞(厦门大学土木工程系,福建厦门361005)摘要:有限元模型对桥梁质量和刚度分布模拟是否准确,直接影响桥梁的动力分析结果.本文对斜拉桥的索、桥塔、主梁等结构的已有建模方法进行了探讨和评述.针对斜拉桥特点,采用三维梁单元、板壳单元、杆单元等建立大桥的有限元空间分析模型,进行结构动力特性分析.将计算结果与实桥脉动测试结果进行比较,结果显示与实测结果相当吻合,进一步验证了模型的有效性,同时也为大桥进一步进行健康监测的研究提供了依据.关键词:斜拉桥;有限元;动力特性;脉动测试中图分类号:U44 文献标识码:A 文章编号:0438-0479(2006)01-0056-04 近年来测试技术的快速发展和结构的有限元理论的不断完善,研究和探讨采用结构动力特性来诊断结构损伤、确定损伤位置及程度、预防结构发生灾难性破坏具有重要的理论意义和工程实用价值.而如何建立反映实际结构的有限元模型,准确描述结构动力特性,则是解决上述问题的关键之一.多年以来,斜拉桥一直是中长跨桥梁的主要型式,对于斜拉索、桥塔、主梁等的模拟直接影响到桥梁结构动力特性计算的精度[1].因此针对杭州文晖斜拉桥的设计施工特点,运用大型有限元程序对实际结构进行了详尽的动力特性分析.同时,通过脉动试验对该桥进行了自振特性实测,实测结果与理论分析进行了比较.1 工程概况该桥主跨为双塔双索面三跨预应力混凝土斜拉桥,桥跨布置为103m+240m+103m,主桥长448 m,桥面宽34m,其中机动车道宽23.5m,上、下行各三车道共6车道,中间设宽0.5m的双黄线分割带,斜拉索及其护栏每侧宽1.5m、自行车推行道及人行道每侧宽3.75m.该桥立面布置简图(图1)如下:斜拉索采用扇形布置,每塔19对,不设0号索,梁上基本索距为6.0m(靠近两端为3.0m),塔上基本索距为1.4m.主梁截面采用双实心边主梁形式,为纵、横双向预应力混凝土结构,梁高2.5m,两实心主梁中心距为25.5m,两主梁之间用横梁及桥面板相连,顺桥向每隔6m设一道横梁,其间距与索距相同,横梁腹板厚为30cm,桥面板厚度为28cm.主塔是由塔柱和上下横梁组成的门式框架结构,自承台顶至塔顶高80.0m,中间设两道横梁.主梁横截面图如图2所示. 图1 主桥立面布置简图(单位:米) F ig.1 Elevation view of cable stayed bridge 图2 主梁横截面图(单位:米) F ig.2 C ross section of girder2 有限元模型本文综合考虑已有的建模方法的优缺点,采用三维梁单元、板壳单元、杆单元等建立大桥的有限元空间分析模型,进行结构动力分析.2.1 斜拉索目前,主要有三种方法来模拟斜拉索:(1)等效弹性模量法该方法在斜拉桥模拟斜拉索时常使用,即假定索为一直线杆件,利用杆单元的刚度矩阵来表示索的刚度,只是将此杆单元的弹性模量换算成具有随拉力的大小而变化的等效弹性模量.可分为由Ernst所提出等效切线弹性模量公式和等效割线弹性模量公式.由弹性直杆单元来模拟斜拉索,可以达到较高的精度.(2)采用两结点直线缆索单元该方法可以用较多的直线单元来模拟缆索的垂度等,可以考虑缆索初应力和大位移的影响.该方法处理简单,计算精度完全可以满足工程实际的需要.该方法常用来模拟悬索桥中主缆的作用.(3)采用多节点等参单元模拟斜拉索该方法目前在索穹结构中得到了广泛应用,在桥梁结构中应用尚不多见.由于斜拉桥拉索长度不大,本文采用弹性直杆单元铰接来模拟斜拉索.在脉动测试之前,先对每根索进行了索力测试,以此作为有限元模拟中弹性直杆单元的初始应力.初始索力是否准确对结构动力性能有一定的影响.2.2 桥 塔一般用梁单元来模拟,每根塔用一系列三维线性梁单元来模拟,截面变化处和索锚固点为梁单元的自然结点.计算动力特性时足以达到很好的精度.也有用块体单元来模拟的,但是使用块体单元在建模时存在建模困难,结点众多的缺点.本文桥塔用一系列三维线性梁单元来模拟,其中每根横梁分为7个梁单元,每根塔柱共划分为86个梁单元.截面变化处和索锚固点为梁单元的自然结点.2.3 主 梁目前,斜拉桥分析常将主梁离散为:(1)主梁带刚性短悬臂的鱼骨式模型这种模型的精度主要取决于鱼骨纵、横梁的刚度,一般用于扭转刚度较大的全封闭箱梁结构(图3(a )).(2)双梁式模型是将主梁截面的质量和刚度平均分配在两个纵梁上,更接近于实际.但在实际运用中由于对扭转刚度不能很好模拟,因此在描述主梁结构的动力特性时,结果不能令人满意(图3(b )).(3)三梁式模型类似于二梁式模型的做法,该模型能够有效的考虑约束扭转刚度,与实际吻合较好,不过对结构刚度和质量的分布不够准确(图3(c )). (a ) (b ) (c ) 图3 单、双、三主梁动力分析模型简图 F ig.3 T hree kinds of dy namic analy sis mode ls of g ir der(4)空间板模型组成的结构将纵梁、横梁的腹板与桥面板组成的结构均离散为空间板单元,但用空间板单元来模拟纵梁和横梁腹板,本身就存在很多的假定在里面,所以结果的准确程度值得商讨.上述模型用于静力计算能得到比较好的结果,但用于动力分析时,往往误差很大.(5)鉴于上述模型模拟中存在的问题,根据文晖大桥的设计特点,本文使用有限元程序对该桥进行动力分析时对主梁采用三维梁单元与三维板壳单元的组合,这是一种比较合理的方案.这是由于该模型完全按照实桥主梁的组成来模拟,即桥面采用板单元,桥面下的加劲梁和横梁都采用梁单元.人行栏杆、防撞栏杆、桥面铺装等不考虑其对刚度的作用,只考虑它们对质量的贡献.因而可以较为真实地反映结构的实际几何关系和质量分布.目前有些有限元程序中,使用的有限元板壳单元理论其基本假定仍然是假定中面法线在变形后保持为直线,并忽略垂直于中面的正应力所引起的应变能[2,3].因此,实际的板壳单元每个结点上有5个自由度.在有限元程序处理过程中,虽然绕中面法线方向的转角θz 不影响单元的应力状态,为了便于以后把局部坐标系的刚度矩阵转化为整体坐标系的刚度矩阵,一般将θz 也包含在结点位移中,并在结点力中相应的包括一个虚拟弯矩M θz .这种单元用于组合结构或是折板结构中是明显不适合的.本文采用的4结点板壳单元每个结点具有6个自由度.该单元是通过由Allman D J 提出的位移插值模式而建立的带旋转自由度的三角形膜单元,经过Rob -er t D Cook 的发展推广到四边形单元,最后引入罚函数而得来的具有实际面内转动刚度的单元[4,5]. 图4 梁板单元组合模型 F ig.4 M odel of beam -shell element co mbination图4所示情况下,梁形心与板中面间有偏心距e 时,由于组合处两类单元的结点位置不同,需要进行处57 第1期 宋 雨等:斜拉桥动力特性分析理.假定梁截面不变形的前提下,板和梁单元自由度之间关系如下:u j =u i -e θyi ,v j =u i +e θyi ,w j =w i ,θxj =θxi ,θyj =θyi ,θzj =θzi .2.4 主梁与塔的连接该桥主梁除靠斜拉索支撑外,在边墩和塔墩顶设竖向支座,在塔根处设有横向水平支座,在边墩处主梁设有横向抗震挡块.因此,将竖向支座所在位置主梁与桥塔结点的竖向自由度设为主从关系,将横向支座所在位置主梁与桥塔结点的横向自由度设为主从关系.2.5全桥有限元模型 图5 全桥的有限元模型 F ig.5 Finite element mo del of the who le bridge表1 计算频率与实测频率的比较T ab.1 Co mpa rison between the F EM frequencies with the ex per imental v alues取坐标轴方向为顺桥向是X 轴,竖向为Y 轴,横向为Z 轴,该坐标系的原点在跨中纵梁翼缘边.按上述有限元方法建立的全桥有限元模型如图5所示.3 动力分析与实测结果比较3.1 脉动试验与模态分析(1)脉动试验方法脉动法也称环境随机激励法,结构在环境扰动作用下,例如自然风、地脉动、机器、车辆引起的扰动等,虽然引起结构的振幅较为微小,但脉动响应包含的频率相当丰富,它不需要任何激励设备,特别适用于测量结构整体的自振特性.试验通过超低频加速度传感器拾取大桥各测量部位的环境振动响应.由于大桥跨径大而加速度传感器与测试仪器通道有限,测试时设定某一点(预先经过计算,保证该点在准备测试的前n 阶振型中振幅较大)为参考点(也称基准点),该传感器位置固定,通过多次移动其他移动传感器位置得到全桥的振动响应.文晖大桥的模态测试中取主跨第十根索与主梁交界点作为参考点,需要多次移动传感器位置.(2)频率及模态分析[6]首先将各测点获得的环境振动数据通过滤波除去高、低频信号成分,然后对滤波后的数据进行功率谱和互功率谱分析,得到各测点信号的功率谱密度函数以及各测点与参考点信号之间的相干函数及相位差函数.功率谱密度与相干函数用来确定各模态的频率,功率谱密度与相位差函数用来确定各模态的振型.各阶模态的振型是通过用参考点的某阶频率的功率谱幅值去除各测点对应频率功率谱的幅值,就可以得到对应某一频率各测点对于参考点归一化的振型幅值,振型位移的符号可以通过对应频率各测点与参考点之间的相位差来确定.3.2 计算结果与实测结果的比较利用大型有限元程序对该桥进行动力特性分析,将计算结果与现场脉动试验的结果进行对比.频率值比较(在此只列出了前12阶频率对比)如表1所示.结构的头两阶振型为竖向弯曲振动,第3阶振型为扭转振动,其扭频出现较早且和弯频较为接近,较易发生颤振,进行进一步的抗风性能研究是必要的.桥塔的振动和横向侧弯出现较晚.图6给出了有限元计算振型与测试振型的比较.以上显示:计算频率值与相应的测试结果差别很小.模态振型的比较中,可以看出:计算振型与实测值比较吻合,但是少量测点实测值与计算值有一定偏差.这主要是由于在实测时加速度传感器通道仅有4个,要测试整个桥梁的模态需要多次移动传感器的原因.在以后对该桥的健康监测中,将设置12个通道的超低频加速度传感器进行大桥的动力测试,测试结果会比本次测试更能代表大桥实际的性能.同时,有限元模型58 厦门大学学报(自然科学版) 2006年 图6 文晖大桥固有模态实测与有限元分析结果对比a :第1阶振型(竖向);b :第2阶振型(竖向);c :第3阶振型(扭转) F ig.6 Compare be tw een o bserv atio n r eco rds and F EMana ly sis results abo ut natural modalities在模拟实际桥梁结构时,肯定会存在各种误差.在后续对该桥进行健康监测时,将利用测试结果对有限元模型进行修正,建立该桥在未损伤时的基准模型.4 结 论Dynamic Property Analysis of Cable -stayed BridgeSONG Yu ,CHEN Dong -xia(Dept.o f Civil Eng ineering ,Xiamen Univ.,Xiamen 361005,China )A bstract :Buildinga finite element model o f bridge ,which accura tely r eflects the tr ue structure 's stiff ness a nd ma ss distributio n ,can impro ve the precise of dynamic analy sis r esults of structure ve ry much.In this paper ,the ex isting analo gues of cable ,tow er ,girde r of the bridg e are mentioned and obse rved.A la rge str ucture finite e lement me tho d analy sis prog ram is adopted to build a 3-D model of a cable -stayed bridge ,in which beam eleme nt ,shell element and link element a re used to ge t the dynamic pro per ty o f bridge.Co mpa ring the re sults o f ca lculatio n w ith that of ambient vibratio n te st ,the validity of the model is appr oved and a base to hav e a furthe r study on this bridge is o btained.Key words :cable -stay edbridge ;finite element metho d ;dy namic property ;ambient vibr atio n test 建模是结构分析的关键,模型对结构刚度系统和质量系统模拟准确与否,严重影响计算的精度.本文采用三维梁单元、板壳单元、杆单元等建立杭州文晖大桥的有限元空间分析模型.通过对文晖大桥的现场脉动测试和有限元分析对比,可以得出以下结论:(1)传统的几种建模方法(如鱼骨式建模、实体建模等)都有其存在的缺陷和适用的范围,应依据不同的结构特点建立相应的有限元模型.(2)文晖大桥采用本文建立的有限元模型进行动力分析,与实测结果对比验证了模型的准确性.(3)对采用双主梁结构的桥梁以及其他T 型结构,本文的梁板组合模型能够很好地反映结构的真实刚度和质量分布;但是应当看到,如果主梁采用箱形截面或者其他变高度的复杂主梁形式时,这种梁板组合模型将不再适用.(4)采用环境脉动法对大桥测试,能得出较清晰的大桥模态,说明该方法适用于大跨桥梁的动力测试.(5)将该模型进行适当模型修正,可以作为基准模型,为大桥进行进一步的健康监测提供研究依据.参考文献:[1] 朱宏平,唐家祥.斜拉桥动力分析的三维有限单元模型[J ].振动工程学报,1998,11(1):121-126.[2] 朱伯芳.有限单元法原理与应用[M ].北京:中国水利水电出版社,1998.[3] 王勛成,邵敏.有限单元法基本原理与数值方法[M ].北京:清华大学出版社,1997.[4] A llman D J.A co mpa tible triang lar element includingve rtex ro ta tions for elasticitly analy sis [J ].Compute rs and Str uctures ,1984,19:1-8.[5] Coo k R D.O n the allman triangle and a ralated quadrilat -eral element [J ].Computers and Structures ,1986,22:1065-1067.[6] 朱乐东.桥梁固有模态的识别[J ].同济大学学报,1999,27(2):179-183.59 第1期 宋 雨等:斜拉桥动力特性分析。
矮塔斜拉桥概述
矮塔斜拉桥概述1.1矮塔斜拉桥的定义和特点矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型，瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。
由于它优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。
我国在这种桥型上起步稍晚，2001年建成的漳州战备大桥，是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。
对于这种桥型的称谓尚未统一。
日本的屋代南桥与屋代北桥为两座轻载铁路桥，初看起来象斜拉桥，因而日本的桥梁界对其笼统地称为斜拉桥。
小田原港桥是一座公路桥，日本桥梁界没有把它称为斜拉桥，而是沿用了法国工程师1988年提出的名称一Extra-dosed Prestressing Concrete Bridge即超配量体外索PC 桥，简称EPC桥。
实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似，同样可以称为EPC 桥。
在美国，这种桥有称为“Extradosed Prestressing Concrete Bridge 的，也有称为“Extradosed Cablestayed Bridge的。
国内的称谓也一直存在争论，1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为部分斜拉桥”。
其含义是：在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受。
部分斜拉”即源于斜拉索的斜拉程度。
后来国内一些文章根据这种桥型塔高较矮的特点，又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。
矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，索为辅，所以梁体高度介于梁式桥与斜拉桥之间，大约是同跨径梁式桥的1/2倍或斜拉桥的2倍。
截面一般采用变截面形式，特殊情况采用等截面。
矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。
塔高为主跨的1/8~1/12,由于桥塔矮，刚度大，一般不考虑失稳问题。
梁上无索区较之一般斜拉桥要长，而且除了主孔中部和边孔端部的无索区段之外，还有较明显的塔旁无索区段。
边孔与主孔的跨度比值较之斜拉桥要大。
一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于0.5，多数在0.4左右，而矮塔斜拉桥与一般连续梁（刚构）桥相似，为避免端支点出现负反力，边孔与主孔的跨度之比一般会大于0.5,较合理的比值在0.6左右。
斜塔无背索部分斜拉桥静力性能与动力性能分析的开题报告
斜塔无背索部分斜拉桥静力性能与动力性能分析的开题报告一、研究背景和意义斜塔无背索部分斜拉桥是一种采用倒Y形式斜塔塔体，采用外挂有限数目的斜拉索替代传统的索面体系以支撑桥面的桥梁结构。
当前，许多重要的大型桥梁工程设计中采用了斜拉桥，例如北海大桥、崇明大桥等。
但目前，对于斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能研究还没有很全面深入的研究，因此有必要对其静力性能和动力性能进行深入研究。
本研究的目的是，深入探讨斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能，为这类桥梁的设计以及后期维护与管理提供参考。
二、研究方法和流程本研究将采用文献调研和仿真分析两种方法，具体流程如下：1. 文献调研：对斜塔无背索部分斜拉桥的设计理论、结构特点、建设流程、运营管理等方面进行详细的文献综述，总结目前已有的相关研究成果和缺陷。
2. 基于ANSYS软件对斜塔无背索部分斜拉桥进行模拟仿真分析，包括静力性能和动力性能两个方面，具体包括：（1）基本模型建立：采用ANSYS软件对斜塔无背索部分斜拉桥进行建模，包括塔体和斜拉索等各个结构单元；（2）静力学分析：在建立好的模型上通过ANSYS进行静力学仿真分析，探究斜桥在不同工况下的受力情况，包括静态荷载下的受力情况、变形程度、内力大小等；（3）动力学分析：在建立好的模型上通过ANSYS进行动力学仿真分析，探究斜桥在不同情况下的自振频率、动力响应等指标。
三、研究内容和预期成果本研究将重点探讨斜塔无背索部分斜拉桥的静力性能和动力性能，预期获得以下成果：1.详细的文献综述，了解目前已有的相关研究成果和缺陷。
2.斜塔无背索部分斜拉桥的ANSYS仿真模型建立和验证，确保分析结果的可靠性。
3.采用ANSYS软件对静力性能进行仿真分析，得出桥面在不同工况下的受力情况、变形程度、内力大小等。
4.采用ANSYS软件对动力性能进行仿真分析，得出斜塔无背索部分斜拉桥在不同情况下的自振频率、动力响应等指标。
5. 对斜塔无背索部分斜拉桥静力性能和动力性能进行定量分析，并总结其特点和不足之处。
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沙湾矮塔斜拉桥静动力特性分析
本文以广州东新高速公路沙湾特大桥矮塔斜拉桥为工程背景,开展矮塔斜拉桥结构性能的分析研究,通过计算沙湾大桥在施工过程中和成桥运营阶段的静、动力响应,掌握了该大桥的受力状态,总结归纳了矮塔斜拉桥的一些结构特性。
本文主要工作包括以下几点:(1)运用大型桥梁结构分析软件桥梁博士
V3.03建立沙湾大桥全桥平面梁单元结构模型,详细计算该桥在施工、运营阶段的结构静力力学行为。
(2)分析混凝土收缩、徐变等主要时间效应因素对成桥后期结构的影响,计算分析运营阶段活载、风荷载、体系温度变化、温度梯度等各单独工况作用及各种组合下桥梁静力响应。
(3)运用大型桥梁结构分析软件MIDAS2006建立沙湾大桥全桥空间梁单元结构模型,计算大桥的自振频率与周期;采用程序的反应谱分析功能计算大桥的振型,完成大桥的初步抗震分析工作。
(4)沙湾特大桥采用二次调索施工措施,使得斜拉索在施工阶段的最大应力和最小应力比较均匀。
在荷载作用下斜拉索的安全系数接近1.67,小于常规斜拉桥,提高了拉索的利用率。
(5)沙湾特大桥的一阶自振周期为3.546s,远小于同等跨度斜拉桥的基本周期。
矮塔斜拉桥的自振频率介于连续梁(刚构)与常规斜拉桥之间,属于刚柔相济的桥型。
本文通过对沙湾特大桥的静、动力分析,较全面地掌握了该矮塔斜拉桥的力学特性,提出了该类桥梁设计中应注意的关键细节,为今后同类桥梁的设计和施工提供了良好的参考和借鉴。
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