特大型桥的自振特性分析
变高度箱形梁桥自振特性测试分析与研究
本试 验采 用 Ｄ ４型 内 燃 机 车 （ 长 ２ ． ｍ， Ｆ 全 ０５ 总质 量 １８ｔ和 Ｃ ２车辆 （ 长 １ ．４ 总 质量 ８ 荷载 ３ ） ６ 全 ３４ ２ｍ， ７ｔ ）
作 为试 验荷 载 ， 其轴 重如 图 ２ 图 ３所示 。 、
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维普资讯
铁 ２０ ０ ８年第 ６ 期
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Ｒａｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉ ｗａ ｇｎ ｅ ｉｇ
文章 编号 ：０ ３１９ （０ ８ ０ ．０ ７０ １０ —９ ５ ２ ０ ）６０ ０ —３
变 高 度箱 形 梁桥 自振 特 性 测 试 分 析 与 研 究
４ ０ ／ ４ ０ ／ ６ ０ １ ４ ０ ４ ６ ．０４ ６ ０ ／ ２ ０２ ． ２ ０ ２ ２ ０２ ２ ０２ ４ ０４ ６ ０ ／ ４ ／ ４ ０４ ４ ０ ／ ４ ０ ／ ０
１ 工 程 概 况
桥 梁结 构 的动力 特 性 （ 主要 是 自振 频 率 、 型 、 振 阻 尼 系数 等 ） 是进行 风 振 和 地 震 响 应 分 析 的基 础 ， 时 ， 同 也 可作 为对结 构损 伤 识别 或质 量评 定 的依据 。它只 与
韩 国庆 ， 亮 亮 高
（ 州 交 通 大 学 土木 工 程 学 院 ， 州 ７０７ ） 兰 兰 ３００
摘要 ： 梁 结构 自振特 性测 试是 检 定桥 梁结 构动 力安 全 性 能 的一 个 重要 内容 。通 过 对 变 高度 箱 形 梁桥 桥
— —
浦 阳江 双线特 大桥 自振 特性 的试 验 ， 绍所 用的 测试 方 法 和测 试 过 程 ， 过 对测 试 结 果 、 介 经 数值 计 算
钢结构桥梁的自振特性与控制
钢结构桥梁的自振特性与控制钢结构桥梁是现代交通基础设施中常见的一种桥梁型式，具有承载能力强、稳定性好等特点。
然而，钢结构桥梁的自振特性可能导致其在受到外力激励时发生共振现象，进而引发结构破坏和灾害事故。
为了保证桥梁的安全运行，研究钢结构桥梁的自振特性并采取控制措施变得尤为重要。
一、钢结构桥梁的自振特性钢结构桥梁的自振特性主要受到以下几个因素的影响：1. 材料特性：钢结构桥梁采用的钢材具有一定的弹性模量和密度，这些材料特性会直接影响桥梁的固有频率和自振特性。
2. 结构形式：钢结构桥梁的结构形式多种多样，包括悬索桥、梁桥等。
不同结构形式下的桥梁会有不同的固有频率和自振特性。
3. 外力激励：车辆行驶和风力等外力的作用会引起桥梁的振动。
如果外力的频率接近桥梁的固有频率，就会导致桥梁产生共振现象，从而增加桥梁的振动幅度，甚至引发桥梁的破坏。
二、钢结构桥梁的自振控制技术为了减小钢结构桥梁的自振幅度，提高桥梁的稳定性和安全性，需要采取一系列的自振控制技术。
1. 调整刚度：通过增加或减小构件的刚度，可改变桥梁的固有频率，使其远离外力频率，减小共振风险。
例如，通过加装加劲筋、加固节点等方式，增加整个桥梁的刚度，使其固有频率向低频移动。
2. 吸振器：在桥梁结构中安装吸振器可以吸收并分散桥梁振动的能量，从而减小振幅。
常见的吸振器包括液体阻尼器、摩擦阻尼器等。
3. 主动控制系统：通过在桥梁结构中设置传感器和执行器，实现实时的振动调节和控制。
主动振动控制系统可以根据外界振动信号实时调整构件的刚度和阻尼，从而达到减小自振振幅的目的。
三、案例分析以某钢结构桥梁为例，采用了主动控制技术进行自振控制。
在桥梁结构中安装了传感器，实时监测桥梁的振动状态。
当外界振动频率接近桥梁的固有频率时，控制系统会自动调节构件的刚度和阻尼，抑制共振现象的发生。
通过实验和模拟计算，证明了主动控制技术对钢结构桥梁的自振控制具有良好的效果。
在外界激励下，桥梁振幅显著减小，振动能量得到有效吸收和分散，保证了桥梁的安全运行。
大跨度桥梁的自振频率分析
大跨度桥梁的自振频率分析桥梁作为一种重要的交通设施，承载着人们的出行需求。
而在大跨度桥梁的设计和施工中，自振频率的分析是一项关键任务。
本文将对大跨度桥梁自振频率的分析进行探讨。
一、大跨度桥梁自振频率的意义桥梁的自振频率是指桥梁在自由振动状态下的特征频率。
了解桥梁的自振频率能够帮助工程师判断桥梁的稳定性和安全性。
如果桥梁在风荷载、地震等外力作用下频率接近自身的自然频率，就容易发生共振现象，引发结构破坏，对桥梁的使用安全造成威胁。
二、大跨度桥梁自振频率的计算方法大跨度桥梁的自振频率计算方法有两种：解析法和数值法。
解析法是基于桥梁的动力学原理和结构简化模型，进行频域分析和时间域分析，计算出桥梁的自振频率。
这种方法适用于结构简单的桥梁，计算结果准确可信。
然而，对于大跨度桥梁复杂的结构体系，解析法往往难以应用。
数值法是借助计算机进行桥梁动力特性的计算，通过有限元分析等数值方法，将桥梁的结构划分为离散的单元，在计算机上模拟结构的动力响应，得出自振频率。
数值法相对解析法而言，适用面更广，可以灵活应对不同结构的计算需求。
三、大跨度桥梁自振频率的影响因素大跨度桥梁的自振频率受到多种因素的影响。
1. 结构材料：不同材料的桥梁，由于密度、弹性模量等物理性质的差异，其自振频率也会有所不同。
2. 结构形式：桥梁的结构形式对其自振频率也有较大影响。
例如，悬索桥和梁桥相比，悬索桥的自振频率更高。
3. 桥梁跨度：大跨度桥梁的自振频率相对较低，因此在设计大跨度桥梁时需要给予足够的注意。
4. 动力荷载：风荷载和地震荷载等动力荷载会对桥梁的自振频率产生一定的影响。
四、大跨度桥梁自振频率的控制方法为了控制大跨度桥梁的自振频率，减少桥梁共振的可能性，设计中可以采取以下措施：1. 结构加固：合理调整桥梁的结构形式、结构材料，增加梁的刚度和强度，以提高自振频率。
2. 风洞试验：通过在设计过程中进行风洞试验，了解设计桥梁在不同风速下的响应特性，优化结构设计。
特大型桥的自振特性分析
向发展 。近年来这种特大 型桥在我 国的不断发展和应用 。桥 身端部 ， 约束 桥身端部沿 Ｘ ， Ｙ轴的平动和绕 ｘ ， Ｙ轴 的转 动。 梁结构 的动 力问题包括桥梁 结构 的 自由振动和桥梁结构 的动 ２自振 特 性 分 析
力响应这两个方面 ， 国 内外 的 学 者 对 这 些 方 面 都 进 行 了 研 究 。 ２ ． １ 根据设计值计 算的 自振 特性
大跨度桥梁在移动车辆荷载作用下 的结构振动研 究也成 了普
通 关 注 的 问题 。在 所 有 桥 梁 结 构振 动 分 析 中 ，必 须 首 先 确 定 表 ｌ设 计 值 自振 特 性 及 振 型 分 析
结构 的固有频率这个 结构 动力特性 ，它 是研 究桥梁动 力学 的
基础 。所 以研 究桥梁 的 自振特 性具有较 大的工程应用价值 。
１ 模 型 概 要
振 型序 号 ｌ 自振 频 率 （ ｈ ｚ ） ０ ０ ６ ２ ４ ８ ３
．
振 形特 征 高墩 一 侧 的桥 身 沿 ｘ 正 方 向横 向 移 动 低 墩 一 侧 的桥 身 沿 ｘ正方 向横 向 移 动
１ ． １ 连 续 梁 模 型
桥跨 为 １ ３ ２ ｍ＋ ２ ３ ０ ｍ＋ １ ３ ２ ｍ 的单箱单室变高度连续箱梁， 左墩高 ５ ４ ． ５ ｍ， 右墩高 １ ０ ９ ． ６ ４ ４ ｍ， 见图 １ ， 整体采用 Ｃ ５ ５混凝 土， 桥墩墩 身采用 Ｃ ４ ０混凝土 ， 弹性模量 Ｅ ＝ ３ ． ２ ５ ｅ １ ０ Ｐ ａ ， 密度Ｐ ＝ ２ ６ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ，泊松 ｌ ： Ｌ ｐ ＝ ｏ ． ３ 。纵 向及 横向预应 力采用预应 力混 凝土用 纲线 （ Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５ ２ ２ ４ ． １ ９ ９ ５ ） ， 弹性模量 Ｅ ｙ ＝ １ ． ９ ５ ￣ １ ０ ５ Ｍｐ ａ 。 竖
桥梁结构的振动与减震控制
桥梁结构的振动与减震控制桥梁结构的振动问题一直以来都备受关注。
随着现代桥梁的跨度和高度不断增加，桥梁结构在遭受外力作用时所产生的振动也日益显著。
对于大跨度、高自振频率的桥梁结构而言，其振动问题已经成为限制工程性能和使用寿命的重要因素。
因此，研究桥梁结构的振动特性，并采取相应的减震控制措施成为提高桥梁结构安全性和舒适性的关键。
1. 桥梁结构的振动特性桥梁结构在遭受外界荷载时，会发生自由振动或强迫振动。
自由振动是指桥梁结构在没有外界激励作用下的自然振动，其振动频率与桥梁的固有特性相关。
强迫振动是指桥梁结构在受到外界激励作用下的振动，外界激励可以是车辆行驶产生的载荷、风速、地震等。
桥梁结构由于体积大且刚性高，振动特性往往比较复杂，可能存在多种振动模态。
了解桥梁结构的振动特性对于进行减震控制具有重要意义。
2. 桥梁结构的减震控制方法（1）被动减震控制：被动减震控制是指通过添加有效阻尼器、质量块等被动元件来消耗桥梁结构振动能量的一种方法。
被动减震控制的主要原理是利用附加的阻尼器阻尼桥梁结构的振动，从而减小结构的加速度响应。
常见的被动减震控制方法包括液体减振器、摩擦阻尼器等。
（2）主动减震控制：主动减震控制是指将传感器、执行器等主动元件应用于桥梁结构，通过采集结构振动响应并进行实时控制，实现对结构振动的主动抑制。
主动减震控制系统具有反馈闭环、自适应调节等特点，能够根据桥梁结构的实时振动状态进行有效的控制，从而减小结构的振动响应。
主动减震控制方法包括电液伺服减震、电流控制阻尼器等。
3. 减震控制技术的应用案例减震控制技术在实际工程中已经得到广泛应用。
例如，日本的“神户大桥”在1995年的阪神大地震中因减震控制系统的作用，减少了地震对桥梁产生的破坏。
另一个例子是位于美国旧金山湾区的“新金门大桥”，该桥梁采用了主动减震控制系统，可以实时监测桥梁的振动状态，并使用伺服阀进行控制，从而减小了桥梁结构的振动响应。
4. 减震控制技术的发展趋势随着科技的不断进步和减震控制技术的研究深入，人们对于桥梁结构振动控制技术的要求也越来越高。
桥梁结构的振动特性与实践案例分析
桥梁结构的振动特性与实践案例分析桥梁结构是现代社会重要的基础设施，它们承载着交通运输的重任，保障着人们的出行安全和经济的发展。
然而，桥梁结构的振动特性对于其稳定性和安全性具有重要影响。
因此，深入了解桥梁结构的振动特性，并通过实践案例分析来探讨解决方法，对于提高桥梁工程的质量和安全性具有重要意义。
首先，桥梁结构的振动特性是指在受到外界激励或自身系统内部激励下，结构会发生振动。
振动特性包括振动频率、振动模态和振动幅值等参数。
振动频率是指桥梁结构在特定的条件下的振动周期，它与结构的刚度和质量密切相关。
振动模态是指桥梁结构在不同振动频率下的振动形态，它与结构的固有频率和振动模态形式有关。
振动幅值是指桥梁结构振动的幅度大小，它与激励的力度和结构的阻尼特性有关。
其次，桥梁结构的振动特性会对结构的稳定性和安全性产生影响。
当桥梁受到外界激励（如风荷载、地震等）时，如果结构的振动频率与激励频率接近甚至相同，就会出现共振现象。
共振会导致结构振幅增大，从而可能引起结构的破坏和倒塌。
此外，结构的振动还会导致桥梁的舒适性下降，对行人和车辆的安全造成威胁。
针对桥梁结构的振动问题，我们可以采取一系列的措施来保障桥梁的稳定性和安全性。
首先，通过结构设计和分析，合理选择结构材料和断面形状，提高桥梁的抗振能力。
其次，进行结构的振动监测与评估，了解结构的振动性能，及时采取相应的措施，如增加阻尼器、加强刚度等。
同时，制定科学合理的维护养护计划，及时发现和修复结构的损伤，防止进一步的振动放大。
本文将通过实践案例分析来探讨桥梁结构的振动特性及其对结构的影响。
以北京市某桥梁为例，该桥梁于1990年建成，经过多年的使用，出现了明显的振动问题。
通过实测数据和有限元分析，我们发现该桥梁的固有频率与甚至接近风荷载频率，导致桥梁受到风荷载时出现共振现象，振幅增大，威胁到行车安全。
因此，我们采取了增加阻尼器和加强结构刚度的措施，在不改变原有结构的情况下有效控制了振动问题。
大跨独塔斜拉桥的自振特性测试与分析
V ol120 N o14公 路 交 通 科 技2003年8月JOURNA L OF HIGHWAY AND TRANSPORT ATION RESEARCH AND DEVE LOPMENT 文章编号:1002Ο0268(2003)04Ο0041Ο03大跨独塔斜拉桥的自振特性测试与分析王振阳,叶贵如,徐 兴(浙江大学土木工程系,浙江 杭州 310027)摘要:宁波招宝山大桥是一座跨径较大的独塔斜拉桥,结构形式较为复杂。
本文介绍了桥梁自振特性的现场测试情况,建立了基于实体退化单元的三维有限元分析模型。
通过计算和测试结果的比较说明环境随机振动法的适用性和计算分析方法的准确性,同时也说明了招宝山大桥在运营状态下动力特性符合要求。
关键词:自振特性;实体退化单元;环境振动;斜拉桥;有限元中图分类号:U448127 文献标识码:AModal Mea surement and Analysis of LongΟspan CableΟstayed Bridge with Single TowerWANG ZhenΟyang,YE GuiΟru,XU Xing(Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Zhejiang Hangzhou 310027,China)Abstract:Zhaobaoshan Bridge in Ningbo is a longΟspan cableΟstayed bridge with single tower and it is very complex in structural style.In this paper,how to measure the vibration characteristics is introduced,and a3D finite element m odel based on the degenerated s olid elements is established.The applicability of the measurement methods and the accuracy of the analysis can be proved by the comparis on between the results of calculation and the results of measurement.And the results als o show the dynamic characteristics of Zhaobaoshan Bridge in service meet with the specific requirements.K ey words:Vibration characteristics;Degenerated s olid elements;Ambient vibration;CableΟstayed bridge;Finite element method0 引言宁波招宝山大桥位于宁波市甬江入海口,其主桥为带有协作体系的双索面预应力混凝土独塔斜拉桥,主跨258m,其跨径布置为7415m+258m+102m+83m +4915m,总长567m,桥面宽2915m。
大湾特大桥自振特性分析
塔、 、 桩 钢横 梁采用空间梁单元 （ ｅ ｍ ４ 模 拟 ， Ｂａ ４ ） 系杆 、 吊杆 、 预应 力钢筋采用 Ｌｎ ８杆单元 ，承 台、拱座 、边跨混凝土纵梁采 用 ｉｋ Ｂ ａ ８ 单元模拟 ， ｅｍ１ ８ 主跨桥面系用空间梁格模拟 。空间有限元模
型如图 １ 示 。 所
２ 有限元计算理论和方法 桥梁结构动力 分析中最基本的问题是计算结构 的 自振频率 和振型 ， 它是计算 桥梁结构动力响应的基 础。一般 的结构固有振 动方程为 ：Ｍ］艿 ｝［ ］６ ｝［ ｛ － Ｆ｝式 中［ 为结构 刚度 ［ ｛ ”＋ Ｃ ｛ ＋ ］ ｝｛ ， ］
（ ） 钢管混凝土拱桥 的振动主要有钢管 混凝土拱肋 的横 １该 作 者 简介 ： 旭 冉 ， ，９０年 出 生 ，０ ３年 毕 业 于 湖 南 大 学 ， 向面外振动 、 罗 男 １８ ２０ 全桥竖向振动和扭转振动 ３种振 动形 式 ， 计算表 明 工程 师 ，６ １１ 贵 州 省遵 义县 马 蹄 镇 驻 警 ５３１， 越 往 后 的振 型越 复杂 ；
即令 ［ － ， Ｃ］０ 并取Ｉ ］０ 运用 达朗贝尔原理 ， Ｆ＝， 可得到钢管混凝 土
拱 桥 的 无 阻 尼 自由振 动 方 程 ：Ｍ ］ ｝［ ］占｝０ ［ ｛ ＋ ｛ ＿ ，其 特 征 方 程
（ 频率方程 ） ｉ — ｌ０ 为 ［ ∞［ ＝ 。 ］ ］
由 于 该桥 的 跨 度 较 大 ， 构 复 杂 ， 由度 数 目庞 大 ， 此 得 结 自 因
山西科技
Ｓ Ａ Ｘ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｈ Ｎ Ｉ Ｉ Ｎ ＥＡ Ｄ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｓ
２１年 ０１
第２ ６卷 第 ５ 期
●应 用 技 术
大 湾 特 大 桥 自振 特 性 分 析
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与产业经济
特大型桥的自振特性分析
□ 张 瑜 刘 菲
610031) (西南交通大学力学与工程学院 摘 四川・成都
要： 以在建特大型桥 （132+230+132m） 为工程背景， 首先对桥梁的粱体和墩部进行了合理的简化， 应用有限
元软件 ANSYS， 采用壳单元模拟桥身， 二维梁单元模拟桥墩， 杆单元模拟预应力筋的方法建模， 建立分析模型。 其次计算其自振特性， 得到桥梁的振动频率和主振型， 分析桥梁参数的改变对其自振特性产生的影响。从而提 出， 在特大型桥的结构设计中可以通过优化模态参数， 避开危险频率带， 减小对桥梁结构的破坏性。 关键词： 特大型 有限元 自振特性 参数 文章编号： 1007-3973 2013） （ 001-001-03 运用 shell63 号壳单元划分箱梁， beam188 号来模拟桥 用 墩， link10 号来模拟预应力筋。 对每个桥墩都施加固定端约束 （即约束沿 x， z 轴的平动和绕 x， z 轴的转动） 最后约束桥 y， y， ， 身端部， 约束桥身端部沿 x， 轴的平动和绕 x， 轴的转动。 y y 2 自振特性分析 2.1 根据设计值计算的自振特性 表 1 设计值自振特性及振型分析
表 3 改变桥身刚度时大桥前十阶模态
阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
改变桥身端部为固定端约束
在双墩中部底板添加横向预应力筋
0.15004 0.30558 0.46056 0.48175 0.67089 0.75904 1.0771 1.1192 1.1862 1.2312
0.061281 0.15896 阶数 0.26586 0.40714 0.48120 0.53965 4 0.74443 5 0.87162 6 1.1135 7 1.2047 8 9 10 1 2 3
表 5 改变钢筋刚度时大桥前十阶模态
频率 （Hz） 钢筋刚度减小一半 0.054296 0.15385 0.23442 0.40220 0.48224 0.51755 0.72925 0.84966 1.0993 1.1949 钢筋刚度增加一倍 0.073264 0.17301 0.33302 0.41670 0.48038 0.59678 0.81397 0.93172 1.1475 1.2293
振型序号 自振频率 （hz） 振形特征 高墩一侧的桥身沿 x 正方向横向 移动 低墩一侧的桥身沿 x 正方向横向 移动 全桥三阶对称横弯
中图分类号： U448
文献标识码： A
特大型桥一般往往处于交通运输的枢纽， 具有刚度大， 变 形小， 经济成本低等优点， 在我国城市和公路桥梁中分布极为 广泛。随着理论研究和施工技术的发展，正在向多跨的的方 向发展。近年来这种特大型桥在我国的不断发展和应用。桥 梁结构的动力问题包括桥梁结构的自由振动和桥梁结构的动 力响应这两个方面， 国内外的学者对这些方面都进行了研究。 大跨度桥梁在移动车辆荷载作用下的结构振动研究也成了普 通关注的问题。在所有桥梁结构振动分析中，必须首先确定 结构的固有频率这个结构动力特性，它是研究桥梁动力学的 基础。所以研究桥梁的自振特性具有较大的工程应用价值。 1 模型概要 1.1 连续梁模型 桥跨为 132m+230m+132m 的单箱单室变高度连续箱梁， 左墩高 54.5m， 右墩高 109.644m， 见图 1， 整体采用 C55 混凝 土， 桥墩墩身采用 C40 混凝土， 弹性模量 E=3.25e10Pa， 密度 =2600kg/m3，泊松比 =0.3。纵向及横向预应力采用预应力混 凝土用纲线 （GB/T5224-1995） 弹性模量 Ey=1.95×105Mpa。 ， 竖 向预应力采用直径 32mm 的 40Si2MnMOV 精轧粗钢筋， 弹性 模量 Ey=2.0×105Mpa。
频率 （Hz）
0.041003 0.12126
0.26824
0.084987 0.20825
0.27448
4 5 6 7 8 9 10
0.28635 0.32187 0.51294 0.67844 0.76560 0.88189 0.89848
0.49418 0.64524 0.67436 0.83157 0.92996 1.3133 1.3324
1
0.062483
2
0.16009
3
0.27143
4
0.40870
全桥三阶反对称横弯
5
0.48174
高墩大幅度一阶横弯
6
0.54428
全桥四阶反对称横弯
7
0.75898
全桥三阶对称竖弯
8
0.87966
全桥五阶对称横弯
9
1.1191
全桥四阶反对称竖弯
10
1.2091
全桥五阶反对称横弯， 主梁扭转
由表 1 分析可得： 由于桥位很高， 纵桥向保持一定的柔性 对桥梁是有好处的， 一般来说， 纵桥向刚度在满足桥梁施工、 运 图 1 连续梁计算模型 行稳定性要求的前提下要尽量小； 相反大跨度高墩连续刚构桥
—— 科协论坛 ・ 2013 年第 01 期 （下） ——
1
工程技术
与 产业经济
表 4 改变桥墩刚度时大桥前十阶模态
频 率 （Hz） 阶数 1 2
3
桥墩刚度减小一半 桥墩刚度增加一倍
在横桥向的约束很弱， 桥梁在横向不平衡荷载或是风载作用下， 易产生扭曲、 变位， 为了增大其横向稳定性， 桥梁的横向刚度应 该大一些。从计算的结果来看。振型的 2， 6， 10 阶振型均 4， 8， 为横向弯曲， 为了提高桥梁的侧倾稳定性和旅客的舒适度， 必须 控制其横向刚度， 本桥横桥向基频计算值 f=0.27143Hz， 满足桥 梁检测刚度大于 90/l=0.182 Hz 的条件， 所以原模型简化是合理 的。 其横向自振周期为 3.68s， 满足大跨梁桥横向自振周期限 制的规定。由于该桥采用双肢墩， 桥墩很高， 所以， 第五阶振 型主要是高墩的横向弯曲。在第一， 三阶振型里， 二， 高墩和 矮墩都只是产生横向移动， 不出现弯曲。从第四阶振型起， 高 墩产生横向弯曲。矮墩是到了第十阶才开始产生横向弯曲。 2.2 改变参数后的自振特性分析 表 2 改变参数后的前十阶模态