独塔混合梁不对称索斜拉桥非线性动力特性有限元分析
１６４ 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 第４期 ２０１０年７月 独塔混合梁不对称索斜拉桥非线性 动力特性有限元分析 肖勇刚，许 准 （长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙４１０００４） 摘要：桥粱的动力特性（固有频率和振型）是结构动力分析和抗震分析的重要参数。该文以 东沙大桥为例，剁用ＡＮＳＹＳ建立空间动力计算模型，分析了桥梁主要结构参数对其振动特性的影 响。结果表明，对于独塔混合梁斜拉桥，边垮辅助墩可以大幅提高结构的整体刚度，而且斜拉索的 稀密程度、索塔、钢混比对其自振频率均有不同程度的影响。 关键词：桥粱；独塔混合梁斜拉桥；动力特性；有限元法；ＡＮＳＹＳ 中图分类号：Ｕ４４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—２６６８（２０１０）Ｏ４一Ｏ１６４一Ｏ４ 斜拉桥因具有跨越能力大、结构轻巧美观及空 气动力稳定性好等优点，近些年来获得了飞速发展。 但是随着斜拉桥跨径的不断增大，其结构刚度越来 越柔，斜拉桥在动力荷载（如风、地震和汽车荷载等） 作用下的动力分析和结构性能倍受工程界关注。例 如，黄平明等对不同边界条件下斜拉桥的动力特性 进行了分析；ｗｉｌｓ０ｎ Ｊ．Ｃ．等分析了桥面平移和转动 刚度对斜拉桥动力特性的影响；Ｃ．Ｃ．Ｃｈａｎｇ等研究 了环境振动对斜拉桥动力特性的影响；Ｑ．Ｗ． Ｚｈａｎｇ等研究了铁路公路双层斜拉桥的动力特性； Ｆｌｅｍｉｎｇ Ｊ．Ｆ．等研究了在地震和风荷载作用下的斜 拉桥的动力特性；赵红垒等研究了矮塔斜拉桥的动 力特性；张哲等研究了混合梁斜拉桥的动力特性。 而斜拉桥中独塔结合梁的运用可以提高力学性 能和改善经济性，所以近几年独塔结合梁斜拉桥工 程实例不断增加。该桥型自２０世纪７Ｏ年代在原西 德问世后，先后受到欧洲、日本等国家的青睐。２１ 世纪初开始逐渐得到中国桥梁技术人员的关注和应 用。但是对于独塔混合梁不对称索斜拉桥的动力分 析仍有待深入探讨。该文以广州东沙大桥为例，利 用有限元理论分析和探讨独塔混合梁斜拉桥在不同 参数下的动力特性。 塔为花瓶形砼结构，塔高１８２ ｍ，桥面以上塔高１４４ ｍ，有效高跨比０．２５。横梁以上塔柱成分离式倒Ｙ 形，两个分离塔柱的锚固区之间设置开设椭圆景观 孔的３道连接横梁。主梁采用钢箱梁与砼箱梁相结 合的混合梁，钢箱梁与砼箱梁结合段设在主跨距主 塔中心４１ ｍ处。主跨４１ ｍ及边跨１８０ ｍ长的主 梁采用预应力砼箱梁，单箱三室截面，结构外形与钢 箱梁保持一致。梁高３．３ ｍ，箱全宽３８ ｍ，顶面宽 ３６ ｍ，顶底板厚０．２５ ｍ，内腹板厚０．４ ｍ，外腹板与 风嘴相结合，形成锚固斜拉索的实体结构。斜拉索 按空问双索面扇形布置，全桥共８４根，钢箱梁上索 距１６ ｍ，砼梁上索距８ ｍ。实体结构。主桥桥型如 图１所示。 图１广州东沙大桥主桥桥型布置（单位：ｃｍ） １ 工程概况 ２动力计算模型与参数选取 广州东沙大桥主桥为独塔空间双索面混合梁斜 拉桥，采用塔、墩、梁固结体系。桥跨布置为３３８ ｍ ＋７２ ｍ＋５６ ｍ＋５２ ｍ，主桥长５１８ ｍ。为增加体系 刚度，改善结构内力，在边跨内设置２个辅助墩。主 为了准确地求解该桥动力特性，建立结构的空 间三维模型，对实际结构进行模拟。计算模式的模 拟着重于结构的刚度、质量和边界条件的模拟，而且
应当尽可能地与实际结构相符。在建立动力计算有 总第１３９期 公路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １６５ 限元模型时，为了简化，把辅助墩和边墩作为边界条 件处理。桥塔、主梁采用Ｂｅａｍ１８８空间单元来模拟 （考虑梁的剪切变形和翘曲自由度），桥梁主梁用带 刚臂的空间梁单元简化为鱼骨刺型，鱼刺横梁取其 弹性模量为砼弹性模量的３００倍模拟刚臂；斜拉索 采用ＬｉｎｋｌＯ空间杆单元模拟，斜拉索按修正弹性模 量Ｅｒｎｓｔ公式来考虑几何非线性的影响。 ３动力特性分析 ３．１动力特性分析基本方程 结构体系的运动方程为： ［Ａ幻（ ）＋［Ｃ］（ ）＋［Ｋ］（ ）一｛Ｆ（￡）） （１） 式中：［Ｍ］表示广义质量矩阵；Ｅｃ］表示广义阻尼矩 阵．［Ｋ］表示广义刚度矩阵；（“）表示节点位移向量； ｛Ｆ（￡））表示节点荷载向量。 当作用力为零时得自由振动方程： ［Ｍ］（ ）＋ＥＣ］（五）＋［Ｋ］（ ）一Ｏ （２） 自由振动方程若忽略阻尼，则得到无阻尼自由 振动方程： ［Ｍ］（五）＋［Ｋ］（ ）一ｏ （３） 假定多自由度体系自由振动是简谐运动，式（３） 的解可写为： （ ）一［Ａ］ｓｉｎ（ ＋ ） （４） 式中：∞ 为频率向量。 对式（４）取二次导数，得自由振动的加速度： （ ）一一（￡， ［Ａ］ｓｉｎＧｏｔ－￣－Ｏ）一一（￡，。（铭） （５） 将式（４）与式（５）代入式（３）中，给出 一∞。［Ｍ］［－Ａ￣ｓｉｎ（ｗｔ＋Ｏ）＋［Ｋ］［Ａ］ｓｉｎ（ ￡＋ ）一０ （６） 消去正弦项，式（６）可写为： （［Ｋ］一∞。［Ｍ］）［Ａ］一ｏ （７） 只有当下式成立时才可能得到有限振幅的自由 振动： ＩＩ［Ｋ］一∞ ［Ｍ］ｌｌ一０ （８） 由式（８）可求出系统的固有频率６０ （ｉ一１，２，３， …， ）。 ３．２辅助墩对自振性能的影响 为了探讨辅助墩对桥梁的动力影响，建立两个 计算模型，其中模型Ａ（见图２）考虑了辅助墩，模型 Ｂ（见图３）不考虑辅助墩。
图２有限元模型Ａ
图３有限元模型Ｂ 利用上述斜拉桥结构空间有限元分析模型，运 用ＡＮＳＹＳ程序采用子空间迭代法求解桥梁结构的 动力特性。考虑边跨有辅助墩和无辅助墩两种方 式，其主桥的前十阶无阻尼自振频率以及相应振型 的主要特点见表１。限于篇幅，该文仅给出有辅助 墩情况下的前十阶振型（如图４所示）。 表１
东沙大桥自振频率 １６６ 公 与 汽 运 篱 期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２Ｏ１１Ｏ１－年 月 续表１
（ａ】第一阶振型 （ｄ）第四阶振型 （ｂ）第二阶振型 Ｆ ＲＥＱ＝ ．５７４ ２４ 、（ （ｅ）第五阶振型 （ｃ）第三阶振型 （ｏ第六阶振型 （曲第七阶振型 （ｈ）第八阶振型 （ｉ）第九阶振型 （ｉ）第十阶振型 图４模型Ａ前十阶振型图 从表ｌ和图４来看，东沙大桥的动力性能表现 为以下几个方面： （１）模型Ａ和模型Ｂ的一、二阶振型均为主跨 主梁的竖向振动。这是该桥的基本振型，符合刚构 体系特点。无辅助墩结构主梁一、二阶频率小于有 辅助墩结构，这是因为边跨没有辅助墩的约束，使得 主梁竖弯刚度降低。同时两模型的一阶频率较小， 这是因为该桥是混合梁斜拉桥，主跨为钢箱梁，刚度 较小。这对减小结构的地震反应是有利的，但将产 生较大的梁体位移，过大的位移对过渡墩会带来不 利的冲击。 （２）模型Ａ第三阶振型是主跨主梁侧弯，模型 Ｂ此振型出现在第四阶，两种结构形式对应频率基 本相同，有无辅助墩对该振型影响很小。 （３）由于该桥采用双索面，提高了结构的抗扭 刚度，结构的扭转频率值相应提高，使前十阶并未出 现扭转振型，对该桥的抗风稳定性十分有利。 （４）从静力角度来看，边跨设置辅助墩可以提 高结构的刚度，减小活载作用下塔底的内力和主梁 结构的位移；从动力角度来看，边跨设置辅助墩对主 梁的振动起到了强大的约束作用，对于刚构体系，有 辅助墩频率高于无辅助墩频率。
总第１３９期 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １６７ ３．３斜拉索稀密程度对自振频率的影响 斜拉索是斜拉桥上重要的承重构件。在模型Ａ 的基础上减少一半斜拉索，此时桥梁前十阶的自振 频率和相应振型特点见表２。 表２斜拉索减少５０％时的自振频率
由表２可以看出：密索可以降低基频即面内振 动频率，如大桥的第一阶振型；减少一半斜拉索使得 主跨主梁侧弯由原来的第三阶变为第四阶，即稀索 提高了面外振动频率。但是这种变化非常小。而原 来的第四阶主跨主梁竖弯、耦合主塔纵弯变为第三 阶，这是由于斜拉索的减少降低了塔和梁的耦合作 用，从而降低了梁和塔的耦合频率。 ３．４索塔对自振频率的影响 索塔是斜拉桥上的重要承重构件，索塔的刚度 和高矮都会影响桥的自振频率。分别把模型Ａ的 索塔刚度加大一倍，索塔高度减少到９０％、８Ｏ ，得 到模型Ａ１、Ａ２、Ａ３。其自振频率见表３。 表３索塔对自振频率的影响 自振频率／Ｈｚ 阶次—— 模型Ａ 模型Ａ１ 模型Ａ２ 模型Ａ３ Ｏ．１２７ ４７ ０．２４０ ８Ｉ Ｏ．５３９ ８３ ０．５４６ ２８ Ｏ．６２５ ８８ Ｏ．８３２ ８Ｏ １．Ｏ２７ ４０ １．２８７ １０ １．３５５ ７０ １．５８４ ９０ ０．１２Ｏ ８１ ０．２３４ １０ ０．４７０ ４４ Ｏ．５２１ ７４ Ｏ．５９５ ２７ Ｏ．６９２ １３ １．Ｏ３１ １Ｏ ｌＩ ｌＯ６ ９Ｏ １．１９３ ＯＯ ｌ＿５５８ １Ｏ Ｏ．１１４ ３Ｏ Ｏ．２２８ ４２ ０．４７１ ９６ Ｏ．５４１ ４０ Ｏ．６５２ ４８ Ｏ．８Ｏ８ ７５ １．Ｏ３７ １Ｏ １．３６４ ８Ｏ １．３８３ ２０ １．５７４ ９０ 由表３可以看出：１）加大索塔的刚度可以有效 地提高独塔混合梁斜拉桥的自振频率，但索塔刚度 的加大对主梁一、二阶频率的增加效果不明显，而主 梁侧弯（－厂一０．４６７ ９６ Ｈｚ）由原来的第三阶变为第四 阶（，＝０．５４６ ２８ Ｈｚ）。由此可见索塔刚度的加大对 桥梁的面内频率提高不明显，对面外频率的提高显 著。２）索塔高度的减小对桥梁的基础频率（主跨主 梁竖弯）有降低作用，但是极大地提高了三阶以后的 自振频率。所以控制索塔截面和高度可以有效地改 变桥梁的自振频率。 ３．５钢混比对自振频率的影响 钢箱梁段与砼段的长度比例会改变桥梁的刚 度、质量等因素，进而改变自振频率。将模型Ａ中 钢箱梁的长度分别缩短至原来的９Ｏ％、８０ ，得到 模型Ａ４、模型Ａ５。其自振频率见表４。 表４钢混比对自振频率的影响 阶次 自振频率／Ｈｚ 模型Ａ 模型Ａ４ 模型Ａ５ Ｏ．１２６ ４２ Ｏ．２３９ ９７ ０．４６７ ９６ Ｏ．４９２ １０ Ｏ．５７４ ２４ Ｏ．５９６ １０ Ｏ．９１５ ６３ １．Ｏ１８ ５Ｏ １．Ｏ５７ ３Ｏ １．５４７ ００ Ｏ．１２８ ６５ ０．２３８ ０９ ０．４６７ ９４ ０．４７９ ６６ ０．５６５ ０４ Ｏ．５９５ ３６ Ｏ．９１４ ５８ ０．９２６ ６５ １．０４８ ３Ｏ １．４７３ ８Ｏ Ｏ．１２９ ０４ Ｏ．２３３ １６ Ｏ．４４５ ３７ Ｏ．４７７ ５７ Ｏ．５３５ ６５ Ｏ．５９４ ４７ ０．８９７ ８３ Ｏ．９１２ ９３ １．０４２ ６０ １．４０８ ３０ 由表４可以看出：减小钢箱梁在桥中的比例会 略微地增大基础频率，但是会明显地降低其他振型 的频率。 ４ 结 论 独塔混合梁斜拉桥根据自身结构形式的不同， 其动力特性也随之变化。首先，辅助墩的设置使得 结构的整体刚度有较大的提高，改善了结构的动力 性能。除个别振型外（例如第六阶主塔侧弯、耦合主 跨主梁侧弯振型，在有无辅助墩时其频率基本相 同），有无辅助墩对整体振型的出现次序及对应频率 影响较大。有辅助墩情况下，边垮主梁没有振动现 象；而没有辅助墩的情况下，边垮有振动现象，如模 型Ｂ的三、五、七、九、十阶。其次，斜拉索的稀密程 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
独塔混合梁斜拉桥桥塔施工监控分析
Construction&DesignForProject工程建设与设计
1引言
斜拉桥因外形美观袁受力性能好等优势袁成为现代桥梁中发
展最快的桥型之一[1-2]遥在斜拉桥施工过程中袁监控计算是核心袁
应该对主要的施工环节尧某些重点构造进行分析袁并对成桥后的
结构进行验算袁从而确保桥梁的施工质量和运营阶段的安全[3-4]遥
2工程概况
中华路大桥主桥采用非对称独塔斜拉桥结构形式袁全长244.4m渊含牛腿冤袁跨径布置为151.1m+91.1m袁主桥采用半漂
浮体系袁主梁采用混合梁方案袁即主跨采用钢梁-UHPC薄层
轻型组合梁袁边跨采用混凝土箱梁进行配重袁桥塔为钢结构袁
道路为双向8车道城市主干路袁设计速度为60km/h袁主桥立
面布置图如图1所示
遥1511051503960
K0+577.5
图1主桥立面布置图渊单位院cm冤
3监控目的及内容
3.1监控目的
1冤通过监控量测各施工阶段的动态变化袁掌握施工过程
中结构自身的安全状态遥2冤用现场实测结果弥补理论分析过程中存在的不足袁
并【作者简介】尹鸿福（1985~），男，山东菏泽人，高级工程师，从事公路基础设施施工管理研究。独塔混合梁斜拉桥桥塔施工监控分析
MonitoringAnalysisofTowerConstructionof
Single-TowerHybridBeamCable-StayedBridge
尹鸿福
（中铁城建集团有限公司，长沙410208）YINHong-fu
(ChinaRailwayUrbanConstructionGroupCo.Ltd.,Changsha410208,China)【摘要】以聊城某斜拉桥工程为依托，建立Midas/Civil空间有限元模型进行分析，就桥塔施工过程中的应力、塔顶偏位、基础沉降、温度进行研究。监控结果表明，大桥主桥结构状态良好，主塔偏位实测数据与理论数据吻合较好，应力测点均无拉应力出现且偏差值均在规范容许范围内。揖Abstract铱Basedacable-stayedbridgeprojectinLiaocheng,Midas/Civilspatialfiniteelementmodelisestablishedforanalysis,andthestress,
独塔双边箱梁斜拉桥结构分析
独塔双边箱梁斜拉桥结构分析
斜拉桥是现代桥梁工程非常常见的桥梁形式之一，由桥塔、主梁和斜拉索组成，其跨越能力强，外形美观大气，适用性强，在交通建设领域发挥着重要作用。
从桥跨布置上，独塔斜拉桥的跨径相当于双塔斜拉桥的一半，根据桥塔两侧的桥跨布置可分为等跨桥和不等跨桥。预应力混凝土斜拉桥主梁根据截面形式分为闭口截面形式和开口截面。闭口截面形式主要为箱形截面，开口截面形式主要有T形、n形、槽形等肋板截面。以实际工程为例，通过Midas Civil有限元软件建模计算，分析独塔双边箱梁斜拉桥的静力计算结果和动力性能等。
根据现行产品行业标准《YS/T 44-2011 高纯锡》[2]及其生产工艺[3]还有适用领域等，可以看出，主要有Zn、Sb、Bi、As、Pb、Au、Co、In、Ag、Fe、Cu、Mg、Ni、Al、Ca共15个杂质元素对高纯锡品级的影响较大。
1 工程概况
主桥主跨采用2×120m=240m独塔PC 梁对称斜拉桥方案，平行双索面，全桥结构体系采用塔梁墩固结体系。主桥桥面为双向六车道，并设有人行道，横桥向斜拉索布置间距为28.5 m。主桥主梁采用PC
梁，顺桥向锚固标准索距为6m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由17
对高强度平行钢丝拉索组成，共2×17对斜拉索。
图1 主桥立面布置图
主梁标准梁段采用预应力混凝土双边箱断面结构，主梁中心梁高2.8m，全宽34.8m，箱梁宽7.45m，顶板厚0.3m，直腹板厚0.4m，斜腹板厚0.35m，底板厚0.35m。拉索锚梁宽1.8m，箱梁悬挑2.35m。0#块主梁中心梁高2.8～3.6m，直腹板厚0.4～0.6m，箱梁挑臂在距离主梁中心线6.52m 处中断，与桥塔回转挑臂对齐，设置2cm 的伸缩缝，桥塔回转挑臂2.8m。
索塔采用H 形钢筋混凝土结构。塔底高程+4.36m，塔顶高程+90.075m，主塔自承台顶以上塔高91.715m，主梁路冠顶面以上高75.0m。主梁结构顶面以上5m 处为材料分界线，分界线以下采用C55 混凝土，分界线以上采用C50 混凝土。为了减少塔柱自由长度，改善塔柱受力性能，增强大桥景观效果，在距塔顶41m 处设置一上横梁。上塔柱高41m，中塔柱高34m，下塔柱高16.715m。塔柱采用单箱单室截面。
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 FEA Li 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 andseismic time-history analysis, based on the two-level, two-stage design of seismic protection method, after calculation in the E1 and E2 earthquakeload, each component of the bridge can meet the requirements of seismic code. Keywords: midas, cable-stayed bridge, modal, spectral response, time history
非对称独塔斜拉桥稳定性分析
非对称独塔斜拉桥稳定性分析
牛志鹏;孙全胜;刘聪伟
【摘 要】非对称独塔斜拉桥结构新颖,质量轻,主梁轴力大,稳定性同题较为明显,且其稳定性能规律不同于普通斜拉桥,因此,对非对称独塔斜拉桥的稳定性研究很有必要.以珲春大桥为主要研究背景,采用Mi-das/Civil有限元分析软件建立了珲春大桥空间有限元模型,对其成桥状态下线性稳定性及非线性稳定性进行分析,同时分析了结构设计参数对非对称独塔斜拉桥稳定性的影响.分析结果表明,活载对结构成桥状态第一类稳定性影响较大,斜拉索垂度效应对结构稳定性影响较小,可以忽略.斜拉索索力、恒载、斜拉索面积和主塔刚度等设计参数的变化对结构的稳定性均有不同程度的影响,在设计中需要分别考虑.%The stability problem of asymmetric single
tower cable-stayed bridge is obvious with its novel structure,light quality
and big girder axial force,which is different from ordinary cable-stayed
bridge.Therefore,the research on the stability of the asymmetric single
tower cable-stayed bridge is necessary.This paper is based on hunchun
bridge,and the finite element analysis software Midas/Civil is used for
Hunchun bridge space finite element model.The linear and nonlinear
stability under bridge state are analysed,at the same time,the design
单斜塔混合梁斜拉桥计算分析与试验
第２５卷第４期 ２００８年１２月 华中科技大学学报（城市科学版） Ｊ．ｏｆ ＨＵＳＴ．（Ｕｒｂａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ＶＯＩ．２５ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２ｏｏ８
单斜塔混合梁斜拉桥计算分析与试验
施 洲，蒲黔辉，高玉峰
（西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１）
摘要：为了解桥跨结构的实际承载能力，研究其在使用荷载下的静、动力性能，针对一（１１２＋４８）ｍ单斜塔
双索面混合主梁斜拉桥进行结构受力分析，并进行成桥的静载与动载试验。采用专用程序建立全桥的有限元模 型，分析设计荷载下的桥跨结构的荷载效应及其分布。根据桥跨结构的受力特性，针对主跨钢箱梁及边跨混凝
土梁以及塔的最不利弯矩截面进行静载试验，测试对应梁体、塔的应力以及梁体、塔顶的位移，并进行斜拉索 的索力测试。静载试验结果表明，桥跨结构实际受力状况与计算模式相符较好：静载下主跨钢箱梁，边跨混凝
土梁及塔的实测应力相对较低；静载下几何位移基本小于计算值，说明实际桥跨结构具有良好的结构强度与刚 度。同时采用脉动法进行自振特性测试，并进行行车、跳车激振试验，动力试验表明桥跨结构动力特性良好。
关键词：单塔斜拉桥；组合梁；结构分析；荷载试验 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２．７０３７（２００８）０４．０１８０—０５
现代的桥梁已不纯粹以满足功能为目的，桥
梁巨大的跨度、强烈的形体表现力、超凡的尺度 均对城市或大地景观产生影响【ｌ Ｊ。在公园、景区
等，桥梁不仅仅是跨越障碍的建筑物，更是“景
观桥”，其美学要求已提升至新的层次。当然，桥 梁美学与桥梁技术不可分割，它谋求工程方面和 精神方面的统一，它的基本观点是：充分满足工 程规范，而外观形貌尽量完美并与环境协调 】。
桥梁美，应当理解为技术美，是技术与美的统一，
它产生于桥梁设计过程之中。桥梁的技术美包括
“形式美”、“功能美”以及“与环境因素协调美” 三个要素 引。
索的损伤对斜拉桥动力特性的影响分析
１４６ 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 第２期 ２０１１年３月 索的损伤对斜拉桥动力特性的影响分析 肖勇刚，熊蓉 （长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙４１０００４） 摘要：以广州东沙大桥（独塔混合梁斜拉桥）为工程背景，建立桥梁的有限元模型，从斜拉索的 弹性模量、截面面积的变化等方面研究了斜拉索的损伤对于斜拉桥动力特性（即自振频率和振型） 的影响，得出了研究结论，为斜拉索的损伤识别和损伤控制提供指导。 关键词：桥梁；斜拉桥；斜拉索；动力特性；有限元模型；损伤 中图分类号：Ｕ４４６．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—２６６８（２０１１）Ｏ２一Ｏ１４６一Ｏ４ 斜拉桥由于具有跨越能力强、造价经济、造型优 美等结构上和经济上的独特优点，近几十年来得到 了迅猛的发展，尤其是跨大海、大江的桥梁，斜拉桥 常被作为首选桥型。然而，随着斜拉桥向着长、轻、 柔的方向发展，它对于动力荷载的响应越来越敏感， 很多问题也随之而来。因此，除了要了解其静力特 性以外，还有必要弄清楚其动力特性。斜拉桥自身 的动力特性主要包括自振频率和振型。 近些年来，国内外学者一直在对斜拉桥的动力 特性进行研究，也取得了很多有用的成果。文献［１］ 通过振动试验研究了斜拉桥在风等动力荷载作用下 的动力结构特性，并通过与其他类似结构的比较得 到了其阻尼特性；文献［２］对韩国Ｊｉｎｄｏ斜拉桥的实 体模型进行研究，利用电动振动器和模拟地震震动 台等先进仪器，通过精确的实验模拟得到了斜拉索、 桥面板和塔系统耦合的动力相互作用；文献［３］通过 实验，模拟正弦激励、车辆激励和地震激励等各种激 励，研究了在斜拉索的局部参数振动作用下斜拉桥 的动力响应特性；文献［４］基于ＡＮＳＹＳ建立了三维 有限元模型，主要分析了斜拉桥的自振频率和振型 特性；文献［５］建立了适用于斜拉桥动力分析的线性 与非线性三维有限元模型，研究了单元类型和参数 变化对斜拉桥动力特性的影响；文献［６］以福建省漳 州战备大桥为背景，建立基准有限元动力计算模型， 通过参数敏感性分析，研究索、塔构件对该桥梁体系 结构动力特性的影响规律。尽管如此，现阶段对斜 拉桥动力的特性研究仍然不够，尤其是在结构损伤 对于斜拉桥动力特性的影响方面的研究还有待继续 发展。由文献［７］可知，结构损伤实质上是结构的刚 度、质量的损失，反映在结构动力特性上是结构模态 参数，如固有频率和振型的变化。因此，该文主要从 斜拉索的弹性模量、截面面积的变化等方面研究索 ４ 结语 对于弯桥直做平行式布置墩台平面坐标计算， 特别是平行带斜交的墩台轴线坐标计算，其根本是 明确基本概念：因各墩台平行，其轴线方位角是相等 的，但各墩台轴线与路中线斜交角是变化的，不能简 单地认为均等于图纸所标注的桥中间位置墩轴线与 路中线的斜交角。求算出各墩台与路中线斜交角或 各墩台轴线方位角是求解平面坐标的关键，实际工 程中可利用ＣＡＳＩＯ系列程序或软件输入桩号、斜 交角及斜边距平面坐标，方便求解。 参考文献： ［１］钟孝顺，聂让．测量学［Ｍ］．北京：人民交通出版社， １９９７． 贺国宏．桥隧控制测量［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ｌ９９９． 张俊义．桥梁施工常用数据手册［Ｍ］．北京：人民交通 出版社，２００５． 李相然，宋华山，岳同助，等．公路工程现场勘察与测量 技术ｉ－Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３． 杨文渊．桥梁施工工程师手册［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，２００３． 魏国平．立交匝道中线及边桩的坐标放样［Ｊ］．测绘通 报，２００３（１０）． 李青岳．工程测量学［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９５． ＪＴＪ０４１－－２０００，公路桥涵施工技术规范Ｉｓ］． 收稿日期：２ＯｌＯ—ｌ２一ｌ５ ］ ］ ｌ竺Ｊ
索塔式斜拉桥受力性能数值分析与设计建议
索塔式斜拉桥受力性能数值分析与设计建议
为了解牵索塔式斜拉桥的力学性能，本文采用有限元软件ANSYS开展了一具体工程的受力分析，建立三维有限元模型，考察在自重、风载和地震作用下斜拉桥的性能，为其合理设计提供可靠的技术支撑。
标签：斜拉桥 索塔式 ANSYS 有限元分析 抗震分析
一、引言
随着改革开放，我国的经济体系的飞速发展，我们中国已经成为继美国以后的第二大经济和政治体系，这使得结构物在满足使用功能的同时，其对人文环境产生着深刻的影响和对文化韵味传达等方面的功能要求更加凸显出来，索结构中既有巍峨高大且雄浑有力的梁和塔，又有坚韧纤细的悬索，二者互补短长，相辅相成，因而使得众多设计师对这种兼有二者长处的独塔无背索斜拉桥青睐有加，独塔无背索斜拉桥是一种结构独特形式新颖的结构体系， 是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。独塔无背索斜拉桥[1]是利用倾斜主塔的自重来平衡主梁的竖向荷载，取消了背索的使用，形式更加的简单优美受力也更加的合理，本文将以亚洲第一座独塔无背双索面斜拉桥-太阳桥为工程背景进行研究，太阳桥是国内设计最为独特的桥梁之一[2]，它位于太阳岛靠松花江处的河口，整体形状是单个斜臂桥塔，斜拉索全集中在桥塔的钝角一侧。本文首先回顾了斜拉桥在受力特点 结构体系 索塔形式等方面的发展历程，总结了独塔无背索斜拉桥的结构特点和发展现状，然后对独塔无背索斜拉桥的索塔结构设计参数和合理成桥状态进行了理论研究。
二、斜拉桥的特点与发展
无背索斜拉桥，是景观桥梁中的一种形式，最著名的一座是Alamillo桥，由西班牙的建筑师与工程师Calatrava为1992年世博会建的景观桥， 跨度200m，当时桥梁使人为之一振，Calatrava本人也被IABSE（国际桥协）评为杰出青年工程师。此后，捷克工程师Milan Komínek1995-1998年设计建造了跨Eble河的Mariansky桥，跨度123.5+55.5m。这两座桥都是无背索斜拉桥，但是受力机理却不同，因此外形也有比较明显的差异。1998年捷克工程师Milan Komínek建造跨Eble河的Mariansky桥是一座颇具特色的桥梁，其塔形非常精巧。两片分离的塔柱向顶端逐渐靠拢，配合塔身纵向长度的变化，犹如一双将合未合的手掌。
混合梁斜拉桥动力特性分析
２０１３年３月第３期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ５５
混合梁斜拉桥动力特性分析
魏胜勇，袁月芳
（广州市市政集团设计院有限公司，广东广州５１００６０）
摘要：结合实际工程，利用有限元原理，对混合梁斜拉桥的动力特性进行分析，计算出一座混合梁斜拉桥的前十阶自振频率及 其对应的振型，并结合混合梁斜拉桥的结构特点，重点分析了边跨辅助墩的设置对结构动力特性的影响。 关键词：混合梁斜拉桥；动力特性；辅助墩；钢混结合段 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１３）０３—００５５－０４
０前言
混合梁斜拉桥是指在斜拉桥边跨和主跨的比
例受到限制的情况下，主梁边跨和主跨采用不同
的材料，连接部位位于桥塔附近的一种桥型。通常
的结构型式是主跨采用自重较小的钢梁，边跨采
用较重的混凝土梁。混合梁结构斜拉桥自２０世纪
７Ｏ年代在原西德问世后，先后受到欧洲各国及日
本等国家的重视和青睐。２Ｏ世纪９Ｏ年代开始，我
国的桥梁技术人员逐渐关注和应用混合梁结构，
并取得了快速的发展『１－２】。
动力特性是反映桥梁结构刚度的一个重要指
标。对于大跨度斜拉桥来说，其具有跨度大，拉索
柔度大、质量小，阻尼低等特点，因此在进行大跨
度斜拉桥设计时，仅进行静力分析是远远不够的。
斜拉桥动力特性分析主要包括自振频率计算以及
主振型分析两个方面的内容。正确掌握斜拉桥的
动力特性是进行抗震和抗风设计的基础，也是合
理进行结构设计的基础。
１动力特性分析原理及计算方法
１．１动力特性分析的基本原理
混合梁斜拉桥动力特性分析主要是为了得到
其自振频率以及振型。在结构静力有限元列式的
基础上，运用达朗贝尔原理，同时考虑系统阻尼的 影响，可得到多自由度体系的自由振动有限元控
制方程［３ｊ：
［ 】｛ ＋［Ｃ］｛ ＋［ ］｛ ＝０ （１）
式（１）中，［Ｍ］、［ｃ］、【Ｋ］分别为结构的总质量矩 阵、总阻尼矩阵和总刚度矩阵； 、｛ 、ｆｏｑ分别为
单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性分析
单索面公轨两用钢桁梁独塔斜拉桥施工动力特性分析
运用有限元分析软件ANSYS对重庆某大桥最大悬臂状态进行了动力特性的数值模拟分析，得到了结构的自振频率，并对其振型进行描述，对影响结构自振特性的因素进行了研究。结果表明，主梁刚度的增加有助于提高结构的扭转刚度，增强结构的抗风稳定性。桥塔及斜拉索刚度的增加有助于提高结构的竖向弯曲刚度及侧弯扭耦合刚度，斜拉索倾角对结构的整体刚度影响较大，辅助墩的设置位置对大桥的抗风稳定性产生较大影响。研究结果可以为同类桥梁在最大悬臂状态的抗风及抗震设计提供参考。
标签：單索面钢桁梁独塔斜拉桥；ANSYS；最大悬臂状态；动力特性；主梁；斜拉索
doi：10.19311/ki.16723198.2016.17.108
0引言
研究桥梁结构包括自振频率、阻尼和主振型的自振特性是分析斜拉桥动力行为的基础。结构的动力特性取决于结构的刚度、支撑条件和组成体系等。研究桥梁结构的动力特性对于桥梁结构的抗风稳定性分析、抗震设计、健康检测和维护都有着重要的意义，同时也是判别桥梁结构是否完整的重要依据。
笔者以重庆市某大桥最大悬臂状态为背景，运用有限元分析软件ANSYS建立该桥的三维有限元模型，对其自振特性进行了分析。研究探讨了单索面钢桁梁独塔斜拉桥最大悬臂状态自振特性在参数影响下的一般规律，其结果可作为同类桥梁研究和设计工作的参考依据。
1工程背景
重庆某大桥南穿渝中区洪崖洞旁沧白路，跨嘉陵江，北接江北区江北城大街南路。主桥为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，跨径布置为88m+3索塔采用天梭形，包括上、中、下塔墩，采用C50混凝土。
2有限元模拟
建立与结构实际状况相符的力学模型，是分析大桥在最大悬臂状态的空间动力特性的基础。计算模型力求在边界条件、质量、刚度上的模拟与实际状况相符。采用正确的单元来模拟斜拉桥各个主要组成构件是建立大桥最大悬臂状态空间有限元模型的关键。因此在建立有限元模型时，将主要基于以下原则来选择单元：（1）选取的单元必须能最大程度地模拟结构的受力特性；（2）必须保证计算结果具有足够的精度；（3）有限元模型建立要尽量简便，计算工作量要尽量小，进行结果处理时也要比较方便。
辅助墩对混合梁斜拉桥非线性静动力特性的影响
第３８卷第１４期 ．２１０・ ２ ０ １ ２年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３８ ＮＯ．１４ Ｍａｙ． ２０１２
文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１４—０２１０—０２
辅助墩对混合梁斜拉桥非线性静动力特性的影响
钟加峰
（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉４３００５２）
摘要：利用有限元分析软件建立了混合梁独塔斜拉桥的空间模型，分析了混合梁独塔斜拉桥在有、无辅助墩情况下的非线性静
动力特性的异同，讨论了在有、无辅助墩情况下对混合梁独塔斜拉桥非线性静动力特性的影响，得出了有指导意义的结论。
关键词：混合梁独塔斜拉桥，静动力特性，辅助墩，有限元
中图分类号：ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ
０ 引言
混合梁斜拉桥具有主跨跨越能力大、边跨预应力混凝土梁能
够总体上提高整座桥的刚度、减小主梁和拉索的疲劳影响、抗风
性能和建筑外观得到改善以及主塔和边跨预应力混凝土梁可同 时施工等一系列优点…。而独塔斜拉桥由于只有一个主塔，可以
选择修建在地基条件较好的一边，不但降低了造价，而且整体结
构造型美观，被广泛应用于跨径小于４００ ｍ的桥梁 。而结构形 式特殊的混合梁独塔斜拉桥，其受力性能与普通斜拉桥又有所不
同，但目前对此类桥型的各方面性能的研究相对较少，因此对混
合梁独塔斜拉桥的研究具有一定的工程价值。
本文以混合梁斜拉桥为研究对象，计算分析了辅助墩对其静
动力特性的影响 。 该桥为混合梁独塔双索面斜拉桥，采用整体箱花瓶式塔身，
塔梁墩固结体系，承台以上塔身高１８２ ｍ，主跨跨径为３３８ ｍ，边跨
布置为７２ ｍ＋５６ ｍ＋５２ ｍ，桥梁全长５１８ ｍ，斜拉索采用扇形双索
面，主梁采用混合梁，其中主跨布置：２９７ ｍ钢箱梁＋４１ ｍ预应力
混凝土箱梁，边跨均采用预应力混凝土箱梁。混凝土箱梁采用单
箱三室结构，箱梁顶面宽３６ ｍ，全宽３８ ｍ，梁高３．３ ｍ，结构外形