双层斜拉桥车辆碰撞动力响应分析
独塔双索面斜拉桥动力特性分析
3 动力特性比较
（3） 左主洞施工：主洞开挖台阶法，先开挖上半断 面，初喷混凝土、支立钢架、安装系统锚杆、挂网、喷混 凝土。再开挖下半断面，支立仰拱钢架、挂网、喷混凝土。 3.5 Ⅲ级围岩段施工
（1） 中导洞开挖：中导洞全断面光面爆破，非电毫 秒雷管起爆系统爆破。爆破后及时喷混凝土至设计厚 度。局部围岩失稳采用 Φ22mm 药卷锚杆，长度 2.0m， 环向间距 100cm，纵向间距 100cm，梅花型布置，挂 Φ8mm 钢筋网片，锚喷支护。
（2） 左主洞开挖：主洞开挖台阶法，围岩一侧光面 爆破、中导一侧松动爆破，非电毫秒雷管起爆系统爆 破。爆破后及时初喷混凝土 4cm 封闭，钢筋格栅纵向间 距 100cm，纵向采用 Φ22mm 钢筋联结，联结筋环向间
距 100cm，钢筋与钢架焊接牢固。 系统锚杆为 Φ22mm 组合注浆锚，长度 3.0m，纵、
环向间距 100cm，梅花型布置，锚杆尾端与钢架焊接牢 固。主洞钢筋网采用 Φ8mm 钢筋制作，网格间距 25cm× 25cm。钢架、系统锚杆、网片安装完成后，覆喷混凝土 至设计厚度。
4 右洞开挖
右洞开挖是在左主洞初期支护仰拱完成后进行，并 且根据左洞现场监控量测数据决定，收敛和拱顶下沉控 制在 5mm 以内，如果发生突变，立刻停止右洞开挖。 右洞开挖支护方法同左洞，开挖第一步需滞后左洞仰拱 初期支护 30m。
图 1 营口民生路大桥总体布置图
该桥模型采用空间有限元程序建立，计算模型的模 拟着重于结构的刚度、质量和边界条件，而且应当尽可 能地与实际结构相符。结构的刚度的模拟主要是指杆件 的轴向刚度、弯曲刚度、剪切刚度、扭转刚度等；结构 质量的模拟主要是杆件的平动质量和转动惯量的模拟； 边界条件的模拟主要包括支座的形式、基础的形式等。
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
大跨度公铁两用斜拉桥列车制动力作用下结构响应研究
大跨度公铁两用斜拉桥列车制动力作用下结构响应研究吕龙;李建中【摘要】以某一正在设计的大跨度公铁两用斜拉桥为背景，利用非线性动力时程分析方法，分析了塔梁间设置黏滞阻尼器时，在列车制动力作用下结构动力响应，并与未设置黏滞阻尼器情况下的结构响应进行比较。
分析结果表明，在塔梁间设置黏滞阻尼器能有效地降低在列车制动力作用下梁端及塔梁相对位移，结构受力也有所改善。
%Based on a highway and railway cable-stayed bridge under design, dynamic responses of the struc-ture were analyzed under train braking forces by the nonlinear dynamic time-history analysis method. Viscous dampers were installed between the tower and girders for this bridge. Results were compared for models with viscous dampers and without viscous dampers. It is indicated that the displacements on the beam end and rela-tive displacements between tower and beam were reduced effectively by installing dampers between tower and beam.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P47-53)【关键词】公铁两用斜拉桥;非线性;动力时程分析方法;黏滞阻尼器;列车制动力【作者】吕龙;李建中【作者单位】同济大学桥梁工程系，上海 200092;同济大学桥梁工程系，上海200092【正文语种】中文1 引言随着桥梁跨径不断增加，斜拉桥不断涌现，斜拉桥常常受地震、风、列车制动力等动力荷载控制，斜拉桥结构体系对结构动力反应有显著的影响[1]。
基于动力特性的双塔斜拉桥灵敏性分析
表 １ 模 型 ｂｉｇｌ参数 ｒ ｅ ｄ
１ 斜拉桥空间有限元分析模型
本文基 于模 态分 析多 自由度 结构 的线 性动力 有 限元控制方程为 ： Ｍ］ ｝ Ｃ ｛ ｝ Ｋ］ ｕ ＝ ， ［ ｛ ＋［ ］ ｕ ＋［ ｛ ｝ ０
其 中 ， ］ ［ ， 分 别 为结 构 的总体 质 量 矩 阵 、 ［ ，Ｃ］ ［ ］ 总体 阻尼矩阵 、 总体 刚度 矩 阵 ； 五 ，｛ ｝ ｛ ｝ ｔ ｝ 五 ， ｕ 分别
动力 特性分 析的结 果如 图 ２ 图 ３所示 。 、
２５ ２Ｏ
有鉴 于此 ， 文 从 结 构 的 动 力特 性 人 手 ， 用 本 采 有限元分 析的方法 ， 行 了双塔 斜 拉 桥动 力 特性 的 进 高跨 比参数灵 敏性 分析 ， 对此 类 型桥 的概 念设 计 并
和构造设计 提 出了建 设性 的建 议和意 见 。
模 型参 数如表 １所 示 。其 中 ， 梁梁 端 支撑 条 件为 主 沿 轴 向平动 和绕 ｌｚ轴 向转 动均 自由 ， ， 、 其他 自由 度与边墩 顶点 固结 ， 索塔 底 部完 全 约束 。实 体模 型
一
根纵 向的空 间杆件上 ， 其质 量通 过横 向“ 骨 ” 鱼 沿
空 间分 布 。斜 拉 索 锚 固 点 为 梁 单 元 的 自然 节 点 。 桥塔采 用三维 梁单元 模 拟 ， 柱 的 截面 变化 和 索锚 塔 固点 为梁单 元 的 自然 节 点 。斜 拉 索 采 用杆 单元 模 拟 。对 于边跨 和 辅 助墩 ， 向位 移 、 向位 移 以及 竖 侧 绕纵轴 的转 角 位 移 均受 到约 束 ， 余 自由度 放 松 。 其
Ｈ 变 为 １ ２ ２４Ｈ 、．６ ｚ 出现 的顺 序相应 推 ｚ ． １ ｚ １９ ２２Ｈ ，
以移动荷载瞬态动力响应分析某斜拉桥的动力特性
性 具 有 十 分 重 要 的现 实 意 义
工
桥 面 上 Βιβλιοθήκη 力也 有 该斜一定 的波 动 ； 实 际 的桥 面 不 平 整
。
程 实例
。
引 起 车 辆 跳 动 引 起 冲击 作 用
，
所 选 背 景 工 程 为某 单塔 双 索面 斜 拉桥
、 、 、
经 分析 该独塔斜拉桥 的
一
阶 纵 向漂 浮 频 率 2
速 ； 为 （＋ ） ｔ ２ ｉ１ 单元 长度／ 车速 。
动 力 时 程 分 析 结 果
本 文 以某斜 拉 桥 为 背景 ，
以 大 型 桥 梁 通 用 软 件 Ｍｉａ／ ｄｓ
Ｃｖｌ 立 实 桥仿 真 分 析 模 型 。 ｉ 建 ｉ
其 中 ， 、 、 采用 梁单 元 ， 塔 墩 梁 斜 拉索 采用 索单元 。全桥离 散 为
本文 采用在
示
。
理 想 移动 荷 载过 桥 时 的 瞬态 动力 响应 分析 来模 拟
以 往 公 路 桥 梁 的车辆 振 动研 究 主 要 是 针 对 梁
。
式桥
，
而 对 于 斜 拉 桥 在 汽 车荷 载 下 的 动力 作 用 研
移 动 荷 载 的模 拟 由于 车辆 荷 载作 用 在 节
点 时是 个 瞬 间作用 后 随 即 消
t
。
主桥平面示 意
2
。
其中
为
i
车 单 元 长 度／
维普资讯
垫墨塑 技 与 用 ＿ 木 应
ＫＮ
车 速下 的变形 和 内力 响应 。 结果 见表 １ 表 ２ 由表 、 。
己０ ０
１ 见， 可 当车 辆 以一定 的速度 过桥 时 ， 度越 大 动 速 力 效应 也越 大 ； 由表 ２可知 ， 同一 个位 置 在不 同车 速 下 的最 大变形 响应 与最 大 内力响应 不一 定 同时
斜拉桥有限元动力分析
斜拉桥有限元动力分析发表时间：2019-04-28T09:05:58.047Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：李森[导读] 摘要：本文利用迈达斯Civil软件对某斜拉桥进行动力分析，具体包括模态分析、谱反应分析和地震时程分析，基于二水准、两阶段设计的抗震设防思想，经过计算在E1和E2地震荷载作用下，桥梁各构件均能满足抗震规范要求。
广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：本文利用迈达斯Civil软件对某斜拉桥进行动力分析，具体包括模态分析、谱反应分析和地震时程分析，基于二水准、两阶段设计的抗震设防思想，经过计算在E1和E2地震荷载作用下，桥梁各构件均能满足抗震规范要求。
关键词：斜拉桥、模态、谱反应、时程Dynamic analysis of cable-stayed bridge with FEALi Sen(Guangzhou University，Guangzhou 510006 China)Abstract: The dynamic analysis of a cable-stayed bridge with Midas Civil was conducted, including modal analysis, spectral response analysis and seismic time-history analysis, based on the two-level, two-stage design of seismic protection method, after calculation in the E1 and E2 earthquake load, each component of the bridge can meet the requirements of seismic code.Keywords: midas, cable-stayed bridge, modal, spectral response, time history在动力荷载作用下，桥梁的安全性问题不容忽视。
某双柱型独塔斜拉桥动力特性分析
（）以单 梁 、 梁或三 梁 的鱼骨式 为主 的 “ １ 双 脊 梁” 型， 模 即将 桥面 系的质 量和 刚度按 一定 的原则
等 效到 主梁上 ， 主梁 之 间则用 刚性横梁 连接 。该类 模 型能够模 拟大 多数桥 面系 结构 ， 各有 自己的适 但
用 范 围 。如单 梁式 模 型适 合 于封 闭 的箱 形 断面 结
某双柱型独塔斜拉桥动力特性分析
陈海桦
某 双 柱型 独塔 斜 拉桥 动力特性 分析
陈海桦
（ 中铁第 四勘察设计院集 团有限公司桥梁处 武汉 ４０６） ３０ ３
【 要】 利用大型有限元程序 Ａ ＡＳ Ｓ 中山市板 芙二桥主桥（ 摘 Ｎ Ｙ 对 双柱型独塔 斜拉桥 ） 建立全桥的整体动力分析模型 ， 针对主梁为开 口截 面的双索面斜拉桥 ，
键 是准确 地模 拟其 刚度和 质量 的分布 。
４１ ． 斜拉 索与桥 塔 本 文对 斜 拉索 、桥 塔 的模 拟与 传统 的方 法 一 样 ： 于斜 拉索 ， 用空 间杆单元 ， 对 采 同时考 虑非线性 ，
利用 Ｅ ｓ公式 计算其 等效 弹性 模量 ； 于桥塔 则 ｎ ｒｔ 对
采用 空 间梁 单元 ， 一根塔 用一 系列三 维线性梁 来 每
两塔柱 间无 联系 ； 中跨悬 浇施 工节 断长度 为 ６３ ．ｍ，
梁 上 索距 也 为 ６３ ．ｍ，每 个 节段 内设置 一 道横 梁 ，
别采 用 ｂａ ｅｍ４单元 和 ｌ ｋ ｉ １ ｎ ０单元来 模拟桥 塔和斜
拉索 。 ４２桥面 结构 ．
厚 ２ｃ ２ｍ，高度 为 １９ ２２ ．ｍ～ ． ｍ；边 跨梁 上 索 距 为
模拟 ， 截面变 化处和 拉索锚 固 点为梁单元 的 自然 结 点； 理论计算 与实践表 明Ｈ 采用 梁单元 来模拟桥塔 ，
基于碰撞作用的大跨径斜拉桥地震响应分析
基于碰撞作用的大跨径斜拉桥地震响应分析武芳文;孟园英;纪全有;杨源源【摘要】地震作用下,引桥与斜拉桥一旦发生碰撞,会增大斜拉桥的损伤风险.为了研究结构碰撞效应下大跨径斜拉桥主桥和引桥的地震响应问题,以1座典型半漂浮大跨径斜拉桥为例,采用Midas Civil大型有限元分析程序建立结构动力计算模型,基于动力时程分析法进行分析.结果表明:考虑单边碰撞时,主引桥基本周期接近时,碰撞力较小,单边碰撞会减小主桥梁端位移,增大引桥梁端和主塔塔顶位移,且单边碰撞效应大于双边碰撞,单边碰撞更大地影响与其相连的引桥.【期刊名称】《地震研究》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】5页(P337-341)【关键词】大跨径斜拉桥;碰撞效应;双边碰撞;单边碰撞【作者】武芳文;孟园英;纪全有;杨源源【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U442.5+50 引言近年来大地震时有发生，很多桥梁结构遭受了不同程度的损坏，这导致部分交通系统的瘫痪，并增加了灾后救援的难度。
目前，国内外众多学者对相邻梁体在伸缩缝处的碰撞效应进行了较为深入的研究。
在国外，Malhotra(1998)认为结构在受到碰撞效应与不考虑碰撞相比，桥梁结构的地震响应会减小；Reginald和Susendar(2002)研究发现：双边碰撞时，刚度较小的框架结构位移会减小，而刚度较大的框架结构位移会增大，其内力在考虑碰撞之后也会按照刚度大小来进行分配；除此之外，Jankowski等(1998，2000)和Sang-Hyo(2000)对多跨简支梁桥由地震动空间变化引起的伸缩缝处相邻梁体间的碰撞效应进行了分析。
在国内，王斌斌和叶爱君(2010)采用非线性时程法分析了纵向碰撞对桥跨结构的整体反应，结果表明，碰撞对引桥的影响比较大；郭维和沈映红等(2002)分别进行了双边和单边碰撞反应研究，分析表明，双边碰撞发生时，较低桥墩的地震响应会增大，并发现碰撞响应主要影响因素为碰撞间隙和最大碰撞力。
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双层斜拉桥车辆碰撞动力响应分析
沈正峰;康斌锴;戈海玉
【摘要】通过已有文献进行箱梁截面设计,并用Midas计算截面特性赋予Ansys 单元,建立双层箱梁斜拉桥有限元模型.根据现有车-桥碰撞力计算方法,分别施加不同形式的车辆碰撞力,分析斜拉桥在不同荷载工况下的位移、速度、加速度特性,为此新型桥梁结构防撞设计提供参考.
【期刊名称】《皖西学院学报》
【年(卷),期】2017(033)005
【总页数】3页(P141-143)
【关键词】双层斜拉桥;碰撞力;动力分析;阻尼比;位移
【作者】沈正峰;康斌锴;戈海玉
【作者单位】皖西学院建筑与土木工程学院,安徽六安237012;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;皖西学院建筑与土木工程学院,安徽六安237012
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
随着桥梁设计理论的完善以及施工技术的发展，双层桥因结构新颖、技术先进、经济美观被广泛使用。
2005年1月9日，澳门西湾大桥建成通车，它是世界首座预应力混凝土双层箱梁斜拉桥，其连接澳门半岛与氹仔岛，桥梁总长1 825 m，上层通行六线汽车、下层通行两线轻轨和两线汽车，下层车道能满足台风期间交通运
输要求，大桥采用了无横隔板箱形截面梁设计，结构高度最大值为6.13 m，箱梁内配备有完整的排风，照明，防火等设备施设[1]。
该桥在设计之初进行了完整的
抗风、抗震等技术研究，但是对于箱内防撞设计研究资料不多。
由于箱梁内部是一个封闭的行车环境，如果发生车辆碰撞，会造成极大的经济、人员损失。
本文通过Ansys建立双层斜拉桥全桥模型，根据现有碰撞力计算方法，对结构施加碰撞力，分析结构动力特性，为此类桥梁设计提供参考。
根据斜拉桥的结构形式不同，采用的有限元模型也不同，由于梁单元相比实体、壳单元更加简便，其在斜拉桥建模中被广泛使用。
斜拉桥梁单元模型主要有以下种：单主梁模型、双主梁模型、三主梁模型等[2]。
单主梁模型适用于闭口箱型截面，
能够正确的计算主梁的竖弯刚度和质量，建模方便快捷，是在结构动力特性分析中广泛使用的一种模型。
该方法将主梁简化为一根纵梁，竖向刚度、扭转刚度、弯曲刚度及剪切刚度均集中在主梁上，通过定义集中质量矩考虑结构扭转，人行道板、风嘴、栏杆以及二期铺装等附属结构用集中质量单元来模拟。
双主梁模型将主梁竖向刚度平均分配给二边主梁，其近似考虑了主梁的约束扭转效应。
1992年，项海帆、朱乐东提出三主梁模型，其考虑了主梁的翘曲刚度影响，适用于自由扭转刚度小的主梁截面，如叠合梁截面。
由于本研究采用箱梁截面，其抗扭刚度大，故采用单主梁模型。
根据现有规范和研究资料，进行实用双层斜拉桥设计，箱梁截面采用文献[3]截面，用Midas计算截面特性，赋予Ansys梁单元实常数。
在Ansys里
分别使用Beam4、Beam44单元建立主梁、桥塔结构；拉锁采用Link10单元模拟；二期铺装、栏杆、横隔梁质量采用质量单元Mass21单元模拟，施加到主梁
单元节点上，Mass21单元需要定义转动惯量，计算方法如下公式所示。
由于铺装层厚度比桥宽小很多，因而可以忽略铺装层截面竖向抗弯惯矩，近似等效计算公式如下：
其中ρ是铺装层材料密度，h和b分别为铺装层厚度和宽度，A为铺装层截面面
积，d为铺装层质心距主梁质心距离。
一般横隔梁数目多，截面含有大量加劲肋，且在辅助墩等部位截面较大，假设其在纵桥向均匀分布，在辅助墩等横隔梁截面较大的部位，按照实际情况放大平均值，计算方法如下：
其中m表示横隔梁平均质量，n表示横隔梁总数，Ip表示横隔梁极惯性矩，A为
标准横隔梁面积，l表示桥长。
假设护栏质量沿桥长均匀分布，按照转动惯量的定义，计算方法如下：
其中mi表示护栏沿桥长平均质量或集中质量构件，ri表示距主梁质心的距离。
主梁和拉锁通过横向刚臂连接，耦合塔梁单元自由度，有限元模型图1所示。
在
进行瞬时动力分析之前，先进行结构的模态分析，得出结构模态参数，根据文献[4](P4-8)施加结构阻尼，由于钢筋混凝土结构阻尼比一般为3%～8%,本研究采用0.05，计算结构Rayleigh阻尼，α=1.83E-02,β=1.15。
现阶段，车撞桥的碰撞力获取主要通过理论推导、有限元仿真、实车试验等方式。
文献[5]通过车辆运动学及能量原理，分析了碰撞力的变化规律，得出1/4余弦式
冲击荷载下混凝土护栏承载能力设计方法。
文献[6]、[7](P109-141)通过理论分析，由碰撞过程中冲量相等原理，选择便于工程运用的半波正弦简化计算碰撞力方法。
文献[8]编制了计算冲击力程序,对比规范结果进行研究，并参考国内外的实车试验
结果，利用Matlab程序拟合碰撞力计算公式。
文献[9]通过非线性有限元LS-DYNA，改变车辆的质量、碰撞角度、碰撞速度，拟合出碰撞力计算公式。
本文选择碰撞角度为20°，碰撞速度为80 km/h，车辆质量为1.238 9 t，碰撞时间为
0.125 s,取文献[7](P109-141)、[8]半波正弦碰撞力曲线和文献[9]有限元计算碰撞力曲线，分析横向施加到桥梁跨中处结构的动力特性。
半波正弦时程曲线和非线性有限元时程曲线计算的碰撞力峰值分别达到119.2 KN和206 KN,具体如下图所示。
选择ANSYS瞬态分析方法，通过定义荷载-时间表参数施加渐变的碰撞力荷载曲
线，提取跨中节点碰撞横桥向位移，速度、加速度，对比求解结果如下所示：
图3可以得出在整个碰撞过程中节点位移不断增加，增加速度先快后慢，这和荷
载曲线吻合；碰撞结束后，结构虽然没有收到外荷载作用，但是速度仍然为正，位移不断加大，在1.672 5 s时刻,节点位移达到峰值，有限元荷载工况峰值比正弦半波荷载工况方式大，二者分别为2.74E-4 m和2.47E-4 m，因而桥梁在小型汽车
的冲击下，横桥向位移非常小。
从图4得出，节点速度在碰撞结束立即下降，并
趋向负值，最后在阻尼的作用下趋于0，有限元计算荷载工况和等效正弦加载工况相差很小。
分析图5知，节点受到冲击力作用，加速度瞬间达到最大，并在碰撞
过程中就下降，整个桥梁加速度值很小，随着碰撞结束，加速度立即消失，有限元荷载工况得到的峰值远远大于等效正弦工况，但是等效半波正弦产生的加速度峰值减少较缓，这和二者的荷载时程曲线特征有关。
本文通过建立斜拉桥有限元模型，通过已有的车桥碰撞资料，将冲击力施加到桥梁跨中，初步研究在车辆碰撞力作用下，整个桥梁的动力特性，得出以下结论：(1)在小型汽车的作用下，根据非线性有限元计算的瞬时碰撞力峰值达到206 KN，等效正弦碰撞力119 KN，但是二者在荷载方向上引起的结构动力响应非常小，并且在阻尼的影响下很快趋于平衡状态，其对整个桥梁的影响不大。
(2)二种不同的碰撞力时程曲线引起的结构动力响应峰值相差很小，在结构设计中
采用半波等效荷载法代替非线性有限元乃至实车试验能够节约时间和资源。
(3)从结果分析可以得出，对于双层斜拉桥下层车道的防撞设计主要是做好局部构
件的耐瞬时冲击，防止材料在瞬时冲击力作用下失效。
【相关文献】
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2013，26(3)：77-85.
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