大跨度悬索桥的动力特性分析研究
一般力学与力学基础的悬索桥分析方法
一般力学与力学基础的悬索桥分析方法悬索桥是一种以悬吊物体（如钢索）为主要构件，通过锚固在两端并形成拱形曲线支撑桥面的特殊桥梁结构。
悬索桥在现代桥梁设计中占据重要地位，广泛应用于大跨度桥梁的建设。
为了确保悬索桥的安全性和稳定性，一般力学与力学基础的分析方法被广泛运用于悬索桥的设计和施工中。
一、载荷分析悬索桥承受着来自桥面荷载、行车荷载、风荷载和温度荷载等多种荷载。
为了准确分析悬索桥的受力情况，首先需要进行载荷分析。
通过测量和分析桥梁所受到的各种荷载，可以确定悬索桥的最大荷载，进而设计合适的结构以满足荷载要求。
二、结构力学分析悬索桥的结构力学分析是确定桥梁各部分的内力和变形，以评估结构的可靠性和安全性。
分析时需考虑到桥梁的自重、外力作用、桥梁材料的力学特性等因素。
通过应力分析和变形分析，可以确定各部分的受力情况，从而为结构设计和加固提供依据。
三、模型建立悬索桥的结构分析离不开准确的模型建立。
模型建立涉及桥梁的几何形状、材料特性、约束条件等。
在建立模型时，可以采用有限元方法等数值分析方法，将复杂的桥梁结构简化为节点和单元，通过计算机模拟桥梁受力过程，得出各部分的应力和变形情况。
四、钢索分析悬索桥的主要构件是钢索，因此钢索的分析与设计至关重要。
在钢索的分析中，需要考虑到钢索的受力特点、工作状态和疲劳寿命等因素。
通过对钢索的应力分析和疲劳寿命评估，可以确保悬索桥的安全性以及钢索的使用寿命。
五、动力分析悬索桥在运行过程中会受到各种动力荷载的作用，如行车荷载引起的振动、风荷载引起的横向摆振等。
为了确保桥梁在运行状态下的稳定性，需要进行动力分析。
通过对悬索桥的振动频率、振型和振幅等参数的分析，可以得出相应的动力响应，为工程师提供重要参考。
综上所述，一般力学与力学基础的悬索桥分析方法是确保悬索桥结构安全性和稳定性的重要手段。
通过结合载荷分析、结构力学分析、模型建立、钢索分析和动力分析等方法，可以全面评估悬索桥的结构性能，并提供科学依据以指导工程设计和施工。
大跨度悬索桥的动力特性分析研究
278理论研究0 引言 1940年，塔科马桥的风毁事故震惊了桥梁工程界。
纵观桥梁发展历史发现，桥梁风毁案列也远不止这一个。
早在1879年，英国的Tay 大桥由于暴风雨的袭击而垮塌，造成了75人死亡的惨剧。
自1918年到1940年，短短二十几年的时间内，就约有11座桥梁因风而发生损坏[1]。
塔科马桥风毁事故后，世界的桥梁工程师们纷纷开始关注桥梁在风作用下的稳定性研究。
悬索桥由于其跨越能力大、柔度大等特点自身特点，使得它的抗风性能研究尤为重要，因此，悬索桥的动力特性分析也成为桥梁抗风设计的关键问题。
桥梁结构的动力特性包括自振频率和振型等，它反映了桥梁结构的刚度和刚度分布的合理性，是桥梁结构振动响应分析、抗风稳定性研究和抗震设计的基础。
1 动力特性分析有限元原理 运用软件进行悬索桥结构动力特性分析的实质是有限元法。
其基本原理是将连续的空间对象离散为若干个规则的单元，这些单元之间通过共同节点相连接，由于单元形状规则，便于建立平衡关系。
单元内部的待求量可以由单元节点量通过选定的函数关系插值得到。
最后将各单元方程组成方程组，再加上给定的边界条件，便可以求解。
2 动力特性的有限元计算 动力特性的有限元计算以坝陵河大桥为例，该桥为主跨1088米的单跨钢桁加劲梁悬索桥。
跨径布置为：48m+1088m+228m，桥梁全长2237米。
2.1 模型简化 悬索桥加劲梁常用的简化模式有脊梁模式（鱼骨刺模式），∏形模式，双主梁模式，三主梁模式。
这些模式都有各自的优缺点，而脊梁模式的简化方法多被悬索桥梁所采用。
本次分析也采用脊梁模式，它把桥面系的竖向刚度、横向刚度、扭转刚度及平动质量、转动惯量都集中在中间节点上。
2.2 单元的选择 根据各个构件的受力形式不同而采用不同的单元类型。
加劲梁与桥塔采用Beam4单元，Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，每个节点有六个自由度。
主缆与吊杆因不承受弯矩而采用Link8单元，Link8为三维空间承受单轴拉力-压力，每个节点有X，Y，Z 位移方向的三个自由度。
大跨度斜拉桥动力特性实测
大跨度斜拉桥动力特性实测摘要：为了研究某跨海大桥的半漂浮体系斜拉桥的动力特性，对该斜拉桥进行了动力特性实测，通过对实测信号的分析，得到该大桥的固有频率和阻尼比。
关键词：斜拉桥；动力特性；固有频率；阻尼比0引言斜拉桥由于其跨越能力大、结构新颖高效而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一【1】，特别是在跨江跨海大桥这面优势更加巨大。
随着科技的发展，从近年来所建的斜拉桥来看，斜拉桥的建造正在向着跨度越来越大，主梁越来越轻柔方向发展。
斜拉桥跨度增大，主梁轻柔导致其刚度变小，对桥梁在车辆荷载、风荷载和地震荷载作用下动力响应尤为敏感，严重的会引起桥梁结构的破坏。
因而有必要对其动力特性进行研究，为其抗震、抗风设计提供依据和参考，是一项很有意义的工作【2】。
1 工程概括某跨海大桥主桥为主跨780m的五跨连续半漂浮体系双塔双索面斜拉桥，其跨径布置为95+230+780+230+95=1430m。
索塔采用钻石型，包括上塔柱、中塔柱、下塔柱、和下横梁，塔柱采用空心箱型断面，采用C50混凝土，塔柱顶高程230.70m。
主桥斜拉桥钢箱梁含风嘴全宽38m，不含风嘴宽34.108m，中心线高度3.5m。
主桥斜拉索采用1670 MPa平行钢丝斜拉索，全桥共25×4×2=200根斜拉索。
2 测试系统简介为了分析大桥的动力特性，本次实测选取了4个加速度传感器。
分别测量大桥的竖向振动和横向振动，加速度传感器布置在跨中截面，传感器布置位置如图1。
由于此次没有布置扭转加速度传感器，故扭转加速度信号则由这两个竖向加速度信号的差值除以其横向间距28m。
加速度传感器采用北戴河兰德科技的BC00-19超低频振动传感器，其最低采样频率为0.1HZ；采集模块采用的是美国恩艾公司的NI-9234，其具有抗混叠滤波强、精度高等、4通道同步采集等特点。
另外，采用美国NI公司的LabviewSignlaExpress信号采集系统。
大跨度悬索桥行波激励下的地震反应分析
…
其 刚度 的影 响 。在 模 型 的主塔 底 固结 ， 主缆 锚 固端 固结 ； 塔梁 结合处 ， 主塔 横 向、 竖 向线 位移 及 其 绕纵
向的转角位 移 与加 劲梁 为 主从 连 接 ， 主塔 顶 和 主 缆 主从连接 。 利用 上 述 动力 计算 模 型 ， 采用 子 空间 迭代 法 计
［ Ｍ ］ ｛ ） ＋［ Ｃ ］ ｛ ） ＋［ Ｋ ］ ｛ ） 一
［ Ｍ ］ ［ Ｋ ］ ［ Ｋ ］ ｛ 多 ）
求解 上述 方程 可得拟 静力位移 ｛ ３ ， ） 和 动力位 移 ｛ Ｖ ｝ ， 进 而 可 求 得结 构 的 总位 移 ， 即得 到 桥 梁 在 非
的动 力特 性 ， 并 采 用行 波输 入 的 方 法 ， 对 悬 索桥 在 不 同视 波 速 下 的地 震 反 应特 点进 行 了 分析 计
算 结 果表 明 ， 大跨 度 悬 索桥 具 有 较 长 的 自振 周 期 ， 行 波 效 应 会 显 著 改 变其 地 震反 应 特 点 ， 行 波 效 应
１ ７ ７
［ ｃ］ 、 ［ Ｋ］ 分别 为结 构 的质 量 矩 阵 、 阻尼 矩 阵和 刚度
矩阵； ｛ 岁 ） 、 ｛ ） 、 ｛ Ｙ ｝ 分别为节点的绝对加速度、 速度
公 路 与 汽 运
总第 １ ５ ７期
Ｈｉ ｇ ｈ ｗａ ｙ ｓ＆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
该 文结合 某 大 跨度 悬 索 桥实 桥 ， 建立 三 维有 限 元 动力计 算模 型 ， 采 用 行 波输 入 方 法对 其 地震 时程 响应 进行 分析 研究 。该 结构 为 单跨 双 铰悬 索 桥 ， 全 长 １ ５ ３ ８ ． ５ ｍ， 跨 径 布置 为 ３ ０ ２ ｍ＋ ８ ８ ８ ｍ＋ ３ ４ ８ ． ５ ｍ， 主缆成 桥 矢 跨 比 １ ／ １ ０ ． ５ ， 加 劲 梁 为扁 平 闭 口流 线型单 室钢箱 梁 ， 梁宽 ３ Ｓ ． ６ ｍ， 主 塔 为钢 筋 砼 门 式 框架结 构 ， 由 两 根 塔 柱、 三 道 横 系梁 组 成 ， 塔 高 １ ４ ７ ． ５ ｍ， 锚碇 为重 力式 ， 基础 为钻孔灌 注桩 。
悬索桥结构的动力特性分析与优化设计
悬索桥结构的动力特性分析与优化设计悬索桥结构的动力特性分析与优化设计摘要：悬索桥作为一种独特的桥梁结构，具有较好的经济性和美观性。
本文主要对悬索桥结构的动力特性进行分析与优化设计，通过使用有限元分析方法，对悬索桥结构的固有频率、振型形状以及振动行为进行模拟和预测。
在此基础上，通过参数化设计，对悬索桥结构进行优化，提高其动态性能，从而为悬索桥的设计与建设提供参考。
关键词：悬索桥；动力特性；有限元分析；优化设计1. 引言悬索桥是一种以悬垂在主塔两侧的主缆为主要受力构件，通过搭设横向桥臂和垂直支撑塔而将主缆与桥面连接起来的桥梁结构。
悬索桥具有结构简单、清晰，且对环境影响小的特点。
然而，由于悬索桥结构具有较大的跨度和柔性特性，其动力特性对桥梁的安全性和舒适性具有重要影响。
2. 悬索桥的动力特性分析2.1 悬索桥结构的固有频率悬索桥结构的固有频率是指结构在自由振动状态下的振动频率。
固有频率的大小决定了悬索桥结构的振动特性。
通常情况下，悬索桥的固有频率较低，需要尽量避免与车辆行驶频率相同，以免发生共振现象。
2.2 悬索桥结构的振型形状悬索桥结构在自由振动时，会产生特定的振型形状。
振型形状描述了结构不同部位在振动过程中的运动方式和振动幅度。
通过对悬索桥结构的振型形状进行分析，可以了解结构的振动模态和振动特性，为结构的设计与优化提供依据。
2.3 悬索桥结构的振动行为悬索桥结构在使用过程中，会受到各种外部荷载的作用，如车辆荷载、风荷载等。
这些外部荷载的作用会引起悬索桥结构的振动。
振动行为的分析可以预测悬索桥结构在不同工况下的振动响应，为结构的安全性和舒适性评估提供依据。
3. 悬索桥结构的优化设计悬索桥结构的优化设计主要包括结构参数的确定和材料的选择。
通过参数化设计的方法，可以对悬索桥结构进行优化，提高其动态性能。
例如，可以通过调整主缆的刚度、加大横向桥臂的刚度和强度等方式，改善悬索桥的动力特性。
在优化设计过程中，需要考虑结构的经济性和安全性。
索道桥的动力特性分析及振动控制
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转 振动能使稳定索产生较大的振动增 值 ，故索道 桥应尽量避免大的扭转振动。
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３ 抗风 索的形式 对索道桥 动力特 性的影 响
索道桥的振动控制主要是通过采取机械措施 （ 风索 ） 抗 提高全桥的整体 刚度 。根据抗风索与索 道桥面系之间的相对位置关系 的不 同，抗风索 的
收稿 日期 ：０ １０ — ９ ２ １－ ５ １
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求结构物 的 自振特性时， 常忽略阻尼的影 响。 【】 、 １０ 则得 到结构的无阻尼 自由振动方程 ｃ＝ ｛ ＝ ， ０ Ｆ
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作者简介 ： 云强 （９２ ）男 ， 林敦 化人 ， 乔 １８ 一 ， 吉 工程 师 ， 事桥 梁 从 设 计工 作 。
５ ２
桥梁结构
城 市道 桥 与 防 洪
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ＳＴ Ｐ １ Ｂ
２ １ 年 １ 月第 １ 期 ０１ ０ ０
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性 和减 振 性 。
４ 抗风索张 力对 索道桥动 力特性 的影响
索道桥 主索所受 张拉力 的大小影 响结构 自振 频率 ，通过增加主索 的张拉力来 改善桥梁的动力 特性往往不经济 。可 以通过提高抗 风索张力来 提 高索道桥 的整体刚度 ， 降低其 白振频率。为了有效 说 明抗 风索张力与索道桥 固有频 率的关系 ，图 ５ 只给出了平行式抗风索索力变化 时索 道桥固有频
向振动和竖向振动在相 同阶振型频率较接近 。 由于该桥稳定索分布宽度较大 ， 使扭转振动基 频较侧 向与竖 向振动基频稍大 。 般索道桥最容易产生的是扭转振动 ， 而且扭
大跨度悬索桥受力特性敏感参数分析
第 ３ 期
常
赞： 大跨 度悬 索桥受 力 特性敏 感参 数分析
８ ５
构 的热 物理 性质 、 件形状 等． 构 由于 日照 温差 和骤 然
降温在 时 间上 变化 快 、 用 范 围存 在局 部 性［ ， 作 ２ 难 ］
以进行 整体 分析 ， 在这 里， 体 变 形 大 ， 于 仿 真 分 析． 据 整 便 根
多， 如结 构 自重 、 温度 、 构 刚 度 和边 界 条 件 等 结构 结 参 数． 由于悬 索桥 的柔性 比较 大ｒ 在 静力荷 载作 用 ¨， 下 桥梁将 产 生较大 的变 形． 这些 因素 的不 确定 性 会
对 悬索桥 线形 产生 一 定 的影 响 ． 以往 对 于 自锚 式 悬 索 桥结构 参数 的敏 感 性 分析 较 多 ， 锚 式 悬索 桥 结 地
０ ２０ ０ ４ ０ ０ ６０ ０ ８０ ０ １０ ００
距加劲 果左 端距 离， ＿
化［ ， ５ 一般 可增 加 １ ～ １ ％ ， 凝 土 强 度 实 际值 ］ Ｏ ５ 混 往往 比规 范建 议值 高 ， 这使 得 混 凝 土 弹性 模 量 Ｅ值 比规 范建 议值 高 ， 考规 范 建 议 值 以及 结 合具 体 情 参
得 出的结论 可 为 以后 同类桥 梁 的设 计 和施工 提供 有 益 的理 论参 考依 据．
实 际工程 中结构 尺 寸 和容 重 均 在局 部会 有 出入 ， 以 及加 劲梁 在安装 过 程 中要 加 入 大量 的螺 栓 ， 拼接 板
等 ， 以结 构 的 自重有 可能 大于设 计值 ， 就对桥 的 所 这
０ 引 言
在 实 际施 工 过程 中 ， 响悬 索 桥 线形 的 因素很 影
Ｃ ０ 筋砼 门式框 架结构 （ 图 １ ． 桥划 分 为 ５ ７ ５钢 如 ）全 ０
大跨度三塔悬索桥动力特性及抗震性能研究
中塔下 横梁 上不 设竖 向支 座 ， 不 设 ０号 吊索 ， 索 塔 也 在 内侧 壁 与主 梁 间安装横 向抗 风 支 座 ， 向设 弹性 索 ； 纵 在 边 塔下 横梁 上 设 置 竖 向和 侧 向支 座 。边塔 采 用 ４ 、 ６根 Ｄ ．／ ２ ８ｍ变截 面钻 孑 桩 群 桩 基 础 ， 塔 基 础 采 用 ３ １ Ｄ ． Ｌ 中
中 图 分 类 号 ：Ｕ ４ ． ＋５ ４２５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
为满 足我 国交 通 和 经 济 发 展 的需 要 ， 近年 来 在 上 海、 广东 、 福建 、 苏等 省 市建 造 了 大 量 的跨 越 大 江 、 江 大 河 及 海湾 的 特 大 型桥 梁 ， 中悬 索 桥 由于 其 跨 越 能 力 其 强得 到 了迅 速 发 展 。悬 索 桥 是 由主 缆 、 劲 梁 、 加 主塔 、 鞍座 、 锚碇 、 吊索 等 构 件 构 成 的柔 性 悬 吊组 合 体 系 ， 主 缆是 结构体 系 中的主要 承 重 构件 ， 是几 何 可 变 体 系 ， 主 要 承 受张力 作 用 ， 塔 是 悬 索 桥 抵抗 竖 向荷 载 的 主要 主 承重 构件 。 大跨 度 悬 索 桥 的结 构 特 性 ， 定 了其 具 有 决 独 特 的动力 反 应规律 。 目前 国 内外学 者对 悬 索桥 的抗 震性 能进 行 了很 多 研 究 ¨ Ｊ但都 是针 对 两 塔悬 索 桥 或 者 自锚 式悬 索 桥 ， ， 而对 于大跨 度 三塔悬 索 桥 的抗 震 性 能 研究 还 是 一 个 空 白 。三塔悬 索桥 是在 传 统 的两 塔 悬 索桥 主跨 的 中部 支 起 一个 主塔 以减 轻 主缆 和 两端 锚 碇 受 力 的全 新 结 构形 式， 中主塔 在 纵 向只是 一个 通 过 鞍 座 支 承 主缆 的竖 向 支 点 。与两 塔 悬 索 桥 相 比 ， 然 都 是 以 悬 索 为 承 重 结 虽 构 的桥 梁 ， 因 为 多 了一 个 中塔 和 一 个 主 跨 ， 构 的 但 结 静、 动力 行 为 显 然 不 同。为 保 证 这 种 全 新 结 构 形 式 的 抗震 安 全性 ， 讨 大跨 度 三 塔悬 索 桥 动 力 特 性 及 抗 震 探 性 能 的特 点 和 规 律 ， 求 合 理 的抗 震 结 构 体 系 将 有 着 寻 十 分重要 的工程 意义 。本 文 以泰州 长江 公 路 大桥 为工 程背 景 ， 细 探 讨 了大 跨 度 三 塔 悬 索 桥 抗 震 性 能 的特 详 点， 着重研 究 了竖 向地 震 动 、 中塔 与 主梁 之 间 的纵 向弹 性索 和高 阶振 型对 该桥 抗震 性 能 的影 响 。
徐州和平大桥动力特性分析的开题报告
徐州和平大桥动力特性分析的开题报告一、研究背景及意义徐州和平大桥是位于中国江苏省徐州市的一座悬索桥，全长10.5公里，主跨1,092米，是中国长江流域最长的悬索桥之一。
该桥的建设对于缩短徐州与周边城市的交通时间、促进经济发展、提升城市形象等方面均具有重要的意义。
在桥梁设计中，动力特性是一个十分重要的参数，关系到桥梁结构安全性能的评估和设计。
尤其对于悬索桥这样的大型跨度结构，其动力特性的研究更是必不可少。
因此，对于徐州和平大桥的动力特性进行研究，能够为其安全评估和设计提供重要依据，也具有重要的工程意义和科学意义。
二、研究内容和方法本研究旨在对徐州和平大桥的动力特性进行分析，研究重点包括自然振动特性、风载荷响应特性和地震响应特性等。
具体的内容和方法如下：1. 分析徐州和平大桥的结构特点以及受力情况，确定分析对象。
2. 运用结构振动分析方法，分析徐州和平大桥的自然频率、振型和阻尼比等自然振动特性。
3. 利用风洞试验数据和计算流体力学（CFD）模拟，研究徐州和平大桥在不同风速和风向下的风载荷响应特性。
4. 利用地震波模拟方法，研究徐州和平大桥对地震的响应特性。
采用等效静力法分析桥梁的地震反应，分析地震作用下的位移、加速度和反力等参数。
5. 结合实际工程情况，对结果进行分析和对比，对徐州和平大桥的安全性能进行评价。
三、预期结果及其意义通过对徐州和平大桥动力特性的分析，本研究预期可以得出以下结果：1. 确定徐州和平大桥的自然振动特性，了解桥梁结构的固有特性，为后续的设计和施工提供基础。
2. 了解徐州和平大桥在不同风速和风向下的风载荷响应情况，为桥梁的风荷载设计和安全评估提供依据。
3. 研究徐州和平大桥对地震的响应特性，了解桥梁在地震作用下的动态响应，为地震安全设计提供依据。
本研究对于徐州和平大桥的安全评估和设计具有重要的指导意义，也可以为其他大型悬索桥的动力特性研究提供参考。
同时，也可以为桥梁的长期安全监测和维护提供决策支持。
悬索桥结构的动力特性分析与优化设计
悬索桥结构的动力特性分析与优化设计下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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大跨径小矢跨比人行悬索桥力学性能分析研究
大跨径小矢跨比人行悬索桥力学性能分析研究黄明金【摘要】人行悬索桥相比公路悬索桥而言,桥面宽度较窄,结构整体刚度小,属于大跨径柔性结构.国内外大多数悬索桥的矢跨比都在1/12～1/9之间,人行悬索桥考虑到景观效果要求,因此可能设计成小矢跨比悬索桥.为了研究小矢跨比人行悬索桥的受力性能,该文以1/16小矢跨比景区大跨径人行悬索桥为研究对象,通过美国大型通用高级非线性有限元软件MSC.Marc建立了主跨416m人行悬索桥三维空间有限元分析模型,研究了小矢跨比下人行悬索桥结构受力性能.分析结果表明,小矢跨比人行悬索桥在一定程度上影响结构整体刚度的变化,得出在不同荷载作用效应下结构受力性能规律,并且在景区修建小矢跨比人行悬索桥是可行的,研究结论可为柔性人行悬索桥的合理设计提供一定参考依据.【期刊名称】《重庆建筑》【年(卷),期】2019(018)001【总页数】3页(P58-60)【关键词】人行悬索桥;MSC.Marc有限元模型;单跨悬吊结构体系;荷载作用;小矢跨比【作者】黄明金【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】U448.25;U443.380 引言现代人行悬索桥自修建以来，大部分的人行悬索桥多参考公路悬索桥设计规范[1]和标准，然而人行悬索桥与公路悬索桥在力学性能等方面存在一定区别，悬索桥矢跨比是该类桥型的一个极其重要的结构参数，合理确定人行悬索桥矢跨比应当引起重视。
周绪红等[2]研究了大跨径自锚式悬索桥的受力分析，表明了地锚式悬索桥与自锚式悬索桥的不同力学性能；唐茂林等[3]研究了不同矢跨比对悬索桥受力的影响分析；江南等[4]研究了矢跨比对结构刚度的影响；王浩和李爱群等[5]研究了中央扣对大跨悬索桥动力特性的影响；孙胜江等[6]对四渡河特大跨悬索桥动力特性进行了分析；万田保[7]对张家界大峡谷玻璃悬索桥进行了设计关键技术研究。
悬索桥矢跨比多数集中在1/12～1/9之间，见表1所示，并没有涉及到小矢跨比悬索桥这种结构体系的研究，而且人行悬索桥研究成果较少，因此本文依托某景区大跨径人行悬索桥研究该类桥梁结构受力性能。
结构力学中的悬索桥模态分析
结构力学中的悬索桥模态分析悬索桥作为一种特殊的桥梁结构，在结构力学中广泛应用，其模态分析是研究桥梁动力特性的重要方法之一。
本文将介绍悬索桥的基本原理与结构特点，并详细探讨悬索桥的模态分析方法及其在实际工程中的应用。
一、悬索桥的基本原理与结构特点悬索桥是以一根或多根悬索为主体的桥梁结构，其主要特点是悬索受拉、桥面受压，并通过悬索与桥塔之间的索力来平衡桥梁的自重与交通荷载。
悬索桥由悬索、主塔和桥面构成，其中悬索是负责承担桥面载荷的主要构件，主塔则起到支撑和引导悬索力的作用。
二、悬索桥的模态分析方法悬索桥的模态分析是通过对悬索桥结构进行计算和仿真，研究其固有频率和振型的分布，以了解桥梁结构的动力响应和特性。
常用的悬索桥模态分析方法包括有限元法、模型试验法和理论分析法。
1. 有限元法有限元法是一种基于数值计算的模态分析方法，通过将悬索桥结构离散成有限个小单元，然后利用数学方法对每个单元进行求解，最终得到悬索桥的固有频率和振型。
有限元法可以考虑桥梁结构的各种动力特性，如频率范围、振型形状和模态参与系数等，并可通过参数优化来改善悬索桥的动力特性。
2. 模型试验法模型试验法是通过制作悬索桥的缩比模型，并对其进行试验测量，以获取桥梁的固有频率和振型。
模型试验法可以模拟实际工程中的力学行为，得到更加准确的结果。
同时，模型试验法还可以用于验证数值模拟结果的准确性，提高悬索桥模态分析的可靠性。
3. 理论分析法理论分析法是基于桥梁结构的数学模型，通过理论计算和分析来获得悬索桥的固有频率和振型。
理论分析法包括解析方法和近似解法两种，可以快速推算悬索桥的模态响应。
但是，理论分析法通常只适用于简单的悬索桥结构，对于复杂结构的模态分析效果较差。
三、悬索桥模态分析的应用悬索桥模态分析在桥梁工程中有着广泛的应用。
通过模态分析，可以确定悬索桥的固有频率和振型，从而评估桥梁结构的稳定性和动力特性。
同时，模态分析还可以为悬索桥的设计和施工提供重要参考，确保桥梁的安全性和使用性。
基于ANSYS的大跨悬索桥动力特性分析
易振动 的结构 ， 由于 缆索 的柔度 大而 且非线性 因素 的影 响显 著 ， 扁平钢箱梁 ， 宽３ ７ ． ９ ｍ， 中心线处梁 高 ３ ． ５ ｍ， 连 接主缆 和主梁 的 在桥梁遭受地震 荷载 、 风荷 载或 者车辆 移动 荷载 等动力 刺激 下 ， 吊杆纵 向间距 为 １ ６ ｍ。主塔为门式框架混凝土结构 ， 下 横梁 以下 桥梁会有 明显的动力 响应 。因此 ， 当我们 对悬索桥 的动力特 性进 为变截 面 ， 下横梁 以上为等截面 。 行分析 的时候 ， 如何 把握桥 体 的受力 特性 ， 对于 优化设 计 以及工 ２ ． １ 有 限元模 型建 立步骤 程实践都起着 非常重 要的参考 价值 。 悬 索桥的桥面系根 据 吊杆 的间距 进行 离散 。主梁采用 鱼 骨 在桥梁 中的动力 学分 析一 般是用 来确 定 由惯 性和 阻尼 起着 式 ， 用７ ０个三维梁单元和 １ ４ ０个 刚臂单元模拟 。主缆和吊杆 都采 重要作 用的结构或构 件动 力学特 性 的技术 。本 文建立 一 主跨为 用三维杆单元 ， 并 考虑 重力刚度 。主塔 由塔柱 、 横梁 和剪 刀撑 构 １ １ ３ ８ ｍ的大跨悬索桥 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ模型 ， 对其 进 行模 态 分析 ， 并 与 已 成 ， 采用梁单元模拟 。桥塔变截面部分 划分为 ２ ０个单元 ， 等截 面
形式 。 动力方程与 时间 ｔ 相 关联 的二 阶微 分方程 ， 对动力 方程 的解
ｒ
高厂 ＝１ １ ３ ． ８ ｉ ｎ ， 跨径 ｌ ＝１ １ ３ ８ ｍ。
１ ） 建立 的模型如图 １ 所示 。
大跨度自锚式悬索桥静载试验及动力特性理论分析
关键词 ： 锚 式悬索桥 ； 自 静载试验 ； 力特性 动 中图分类号 ： ４ ８ ２ Ｕ４ ．１ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６ ３— ０ ２ ２ １ ） ８— ０ ６— ２ １７ ６ ５ （ ０２ ０ ０４ ０
自锚式 悬索 桥 ， 由于其 结 构 的复 杂性 和 体 系 内
自受力 特点 ， 目前 在 国 内正 越来越 被科 研人 员重 视 ， 此类桥 梁 的受力 特点 、 动力 性能 等 ， 应进行 大 量的 均
资料。
１ 研 究桥 梁概 况
塔， 不利截面是塔梁结合部位 ， 在塔两侧产生正负应
力 ； 后根 据 各个 不 利 截 面 的影 响线 ， 行 布 车加 最 进 载 ， 到荷 载试验 下 的加载效 率 Ｊ 得 。
经过计算 和 布车加 载 ， 后得 到 ４个 加载 工况 ， 最 试验荷 载对 测试 截 面产 生 的荷载效 应 和标准 荷载效
最 不利 位置 位于塔 梁 结 合部 位 的主 梁顶 面 ； 于桥 对
行检 测 ， 此对 实桥 结构性 能做 出判 断 ， 而检 验桥 据 进 梁整体 受 力性 能和 承载力 是否 仍满 足设计 文件 和规 范 的要求 ， 同时 结 合 理 论 分 析 ， 大桥 的 动 力 性 能 对 进行 了计 算 ， 科 学 地 评 价 该 桥 结 构 强 度 、 度 特 为 刚 性 提供 资 料 ， 为 今 后 桥 梁 评 估 建 立 了 初 始 对 比 也
・
４ ６・
北 方 交 通
２ １ ０２
大 跨 度 自锚 式 悬 索桥 静 载 试 验 及 动 力特 性 理 论 分 析
张 宏 斌
（ 连理工大学 ， 连 大 大 １６２ ） １０ ３
摘
要： 对桌大跨度 自锚 式悬索桥进行 了通 车前荷载试验 ， 试验 内容 包括 四个工况 ， 即主跨 １２截面、 ／ 主跨 １４ ／
悬索桥有限元建模及动力特性分析
１ 建
模
图 １ 悬 索桥全 桥 有 限元模 型
四渡河 特 大桥 位 于沪 蓉高 速公 路 宜 昌至 恩施 段， 设计采用 主桥 ９ ０ｍ 单跨 双铰钢桁 架加劲梁悬 ０
索 桥方案 ． 主塔采 用钢筋混 凝土 门型塔 ， １号 （ 主 宜
２ 调 索
悬索桥 的结构复杂 ， 以缆 索为主要 承重构件 ， 使
主缆单元 的初 始应 变从 而改变主缆 的初张力来近 似
较， 结果 表 明 ， 变形并 不显 著地 改变构 件 内力和 大 悬 索桥 桥 面 变 形 ． 确 定恒 载下 悬 索桥 的初 始 平 在
衡 构 型 时 ， 忽 略大 变形 影 响． 可
表 ２ 初 始 应 变 为 ２ ５ ×１ 时 大 、 变 形 影 响 的 比 较 ．３ ０ 小
分析 类型 舯
位 移 上
收 稿 日期 ：２ ０ —０２ ． ０ ５１ —５
作 者简 介 ；张
卉 （９ ７ ）女 ． １ ５一 ． 副教 授 ； 武汉 ． 中科 技 大学土 木工 程 与力学 学 院 （３ ０ ４ ． 华 ４０７ ）
基金项 目；西部 交 通建设 科 技项 目（ Ｏ ４ １ Ｏ Ｏ ４ ． ２Ｏ３８Ｏ２ ）
维普资讯
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华
中
科技ຫໍສະໝຸດ 大学学报 （ 市科学 版 ） 城
２０ ０ ６年
对 于一个完 整的悬索桥 ， 缆索 的初始 内力状 况 未知， 只知 道恒 载下 的最 终平 衡构 型． 于理 想 模 对 型 ， 载完 全 由主缆承 担， 恒 施加 恒载后 ， 加劲 梁各 吊 点无位移 ， 持其真实几何 形状 不变． 保 这可通过调 整
始 应变对 平衡 构 型 的影 响 、 几何 非 线性 因素对 模 型 的作 用 以 及桥 的动力 特 性 ． 恒 载作 用 下 ． 缆 的初 始应 变 对桥 面 在 主
大跨径悬索桥动力特性分析
ｎａ ｍｉ ｃ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
０ 引言
分 析 ，得到 了有 价值 的结 果 。
１ 有 限 元 法
悬索桥 是 以悬 索作 为 主要 承重 构件 的桥 梁 ．由
主缆 、索塔 、锚 碇 、吊杆 、桥 面系 等部分 组成 。悬
有 限元法 是 目前在 结 构分析 中应 用最 广泛 的方
索 桥 的主要 承 重构 件是 悬索 ，它 主要 承受 拉 力 ，其 材 料一 般用 抗 拉强度 高 的钢 丝 。悬索 桥 由于其 构造
简 单 ，受力 明确 『 ｌ Ｊ ，同时可 以充 分利用 材 料 的强度 ．
雅康高速兴康特大桥主桥动力特性分析与试验研究
世界桥梁 2020年第48卷第4期（总第206期）45雅康高速兴康特大桥主桥动力特性分析与试验研究陈杨，任东华，邹春蓉（中铁西南科学研究院有限公司，四川成都610031）摘 要：雅康高速兴康特大桥主桥为1 100 m 单跨钢桁梁悬索桥，加劲梁主桁采用带竖腹杆的华伦式结构，梁端设粘滞阻尼器。
为评估该桥成桥动力性能，采用MIDAS Civil 软件建立主桥有限元模型，分析动力特性；进行脉动试验，无障碍行车、制 动、跳车和会车4种工况行车试验，对比分析主桥自振频率、振型，以及动应变冲击系数和动挠度冲击系数。
结果表明：主桥计算基频较低，符合大跨度悬索桥柔性结构的一般特征，钢桁梁横向抗弯刚度较小，先岀现侧弯振型；钢桁梁频率实测值大于理 论计算值，实测振型无明显变异，整体刚度与质量分布达到设计目标，实测阻尼较小，实测纵飘振型较为滞后，支座、粘滞阻尼器有效 了钢桁梁纵向振动；实测冲击系数较小，有障碍行车较无障碍行车冲击作用有所增强，未超规范计算值。
关键词：悬索桥；钢桁梁；动力特性；频率；振型；冲击系数；有限元法；现场试验中图分类号：U448. 25；U441. 3文献标志码:A 文章编号：1671 —7767（2020）04 —0045 —041概述兴康特大桥是雅康高速上跨大渡河的特大桥 梁，主桥为1 100 m 单跨钢桁梁悬索桥（见图1）。
主 缆跨度布置为（220 + 1 100 + 253） m,成桥状态下中跨矢跨比1/9,主缆横向中心距27. 0 m ,纵向吊索间距10.0 m 。
跨中两侧各设置3对中央扣，中央扣杆 件采用防屈曲钢支撑。
康定侧采用重力锚，雅安侧采用隧道锚。
加劲梁由主桁、横梁和上、下平联组 成，节间长度为10 m,每一节间处设1道横梁，主桁为带竖 的华伦式结构，主桁桁宽27. 0 m 、桁高8.2m 。
桥塔为门式塔，钢柱为 箱形截面，两岸塔柱同高，均为188. 0 m ；桥塔设3道 横梁， 形钢腹板一组合结构。
大跨径悬索桥自振特性及其参数分析
引言 Βιβλιοθήκη 两道横梁， 号塔高 １２２Ｔ 设上、 下三道横梁。 ２ ２ ． Ｉ Ｉ， 中、
在有限元分析时， 加劲梁、 塔柱和塔横梁等简化为非线性空 悬索桥是由加劲梁、 主缆、 吊杆、 桥塔和锚碇等构成的一种重 主缆和吊杆则简化为非线性只受拉索单元， 主梁和吊 要的缆索承重桥梁 ， 具有力线明确、 造型美观和跨越能力大等优 间梁单元， 杆间采用刚性连接， 全桥共有单元 ４６ １ ７ 个。该桥的三维有限元 点 。悬索桥 结构 比较轻柔 ， 因此其振动 特性 与其他桥 梁相 比 ， 直
Ａｔｅ ｔｏ ｓｉ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｘ ｒ ｓ ｗａ ｎ ｅ ｃ ａ ｇ ｔｎ ｉｎ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｅ ｐ ｅ ｓ ｙ ｉ ｔ ｒ ｈ ｎ ｅ
Ｌ Ｕ Ｊ ａ Ｊ Ｌ －ｒ ＬＩＮａ Ｉ ｅｎ 皿 ａ ｅ Ａｂ ｔａ ｔＴｈ ｒｉ ｅｉｔｏ ｕ ｅ ｈ ｏ ｔｎ ｕ ｃｉｎ ｆｉｔｒｈ ｎ ｅｉ ｉｈ ｙｔａｆ ，ｉｕ ｔａｅ ｔ ｅｔ ｇ ｐｉｃｐｅ，ｓｔ ｅｅｔ ｎ，ａ ｄ ｓｒｃ ： ｅａｔ ｌ ｎｒｄ ｃｓｔｅｉ ｒａ ｔｆｎ ｔ ｓｏ ｅｃ ａ ｇ ｈｇ ｗａ ｆｉ ｌ ｓｒｔｓｉｓｓｔｉ ｒ ｉｌ ｃ ｍｐ ｏ ｎ ｎ ｒ ｃ ｌ ｎ ｎ ｉ ｓｌｃｉ ｅ ｏ ｎ ｔｐ ｅｅｔ ｎ ｉ ｕｓ ｓ ｈ ｒｂｅ ｈ ｕｄｂ ｏｉｅ ｔ ｅｉｎ， ｎ ｉｔ ｕ ｈ ｔｉｔ ｃ ａ ｇ ，８ ｅｌ ｄ ｒ ｏ ｓｒ ｃｉｎｏ ｘ ｒｓ — ｙ ｅｓｌｃｉ ，ｄｓ ｓｅ ｅｐ ｏ ｌｍｓｓｏ ｌ ｅｎ ｔｃｄｉ ｉ ｄ ｓ ｏ ｃ ｔ ｎ ｓ ｇ ａ ｄ ｐ ｎ ｓ ｔ ａ ｅ ｈ ｎ ｅ Ｓｔ ｎ ｍａｋ ｃｎ ｔｕ ｔ ｆ ｐ ｅｓ ｏ ｏ ｔ ｎｒ ｈ ａ ｏ ｅ ｗａ ｙ，ｅｌ ｒ ｉｈｓ ｅｄ，ｓｆｔ ｎ ｏ ｈ ｅｓｏ ｘ ｒｓｗａ ． ｒ ｕ ｅ ｈｇ －ｐ ｅ ｓ ｓ ａｅｙａ ｄ ｓ ｍｏ ｔｎ ｓ ｆｅ ｐ ｅｓ ｙ Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ： ｐｅｓ ｙ ｎｅｃ ａ ｇ ，ｓｔｉｇ ｙ ｅｓｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｅ ｒｓｗａ ，ｉｔ ｈ ｎ ｅ ｅｔｎ ，ｔｐ ｅｅ ｉ ｘ ｒ ｃ ｏ
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大跨度悬索桥的动力特性分析研究
摘要：悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类型。
由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康检测和维护具有十分重要的意义。
随着桥梁跨度的增大，加之悬索桥是一种刚度小、变形大的柔性结构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重要的理论意义和工程实际价值。
结构刚度是影响悬索桥动力特性的重要因素，本文就加劲梁刚度、索塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等对双塔单跨悬索桥固有频率的影响进行研究。
关键词：大跨度；悬索桥；动力分析
1.
大跨度悬索桥的动力分析的意义
悬索桥的振动特性是悬索桥动荷载行为研究的基础。
桥梁结构的振动包括自振频率和振型等,它反映了桥梁结构的刚度和质量分布的合理性,是桥梁结构振动响应分析、抗震设计和抗风稳定性研究的基础。
桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼。
悬索桥结构在动力激励作用下,在空间上各向振动的振型和频率都是需要的。
但一般被分为四种类型:竖向、纵向、横向和扭转振型。
然而,实际情况却是一种位移通常会与另外一种位移耦合,特别是竖向位移与纵向位移耦合在一起,横向位移与扭转位移耦合在一起。
甚至有时候,四种位移同时耦合在一起。
耦合情况决定于结构几何和支撑条件等因素。
一阶扭转振动频率与一阶竖向振动频率比值越大,桥梁具有更好的抗风稳定性;桥梁抖振则需要考虑多振型的参与。
因此,动力特性分析是桥梁结构动力性能研究的重要内容之一。
在悬索桥进入大跨径结构的阶段,其加劲梁的刚度不断地相对减少,当加劲梁的高跨比小于1/300时,采用线性挠度理论分析悬索桥所产生的误差将不容忽视,为此有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中,使悬索桥的分析计算更加精确。
基于矩阵位移法的有限元技术能适应解决复杂结构的受力分析,一些有代表性的研究
成果逐渐完善和发展了有限位移理论。
应用有限位移理论的矩阵位移法,可以综合考虑体系结点位移影响和轴力效应,把吊桥结构分析方法统一到一般非线性有限元分析之中。
2.悬索桥动力特性分析
对悬索桥进行动力特性的计算分析,首先要对结构有一个全局性的把握。
鉴于悬索桥是一类柔索体系的桥梁结构,在成桥状态,主缆的线形只给定了几个控制点的坐标,而动力分析必须在静力平衡的基础上进行。
所以,对于成桥状态的的动力特性计算,首先就需要确定恒载作用下的静力平衡位置。
悬索桥动力特性分析方法经历了早期的解析理论分析方法,近似经验方法到现在的有限元方法。
自有限元法出现以来,借助有限元方法,动力特性计算可以考虑各种边界条件和许多具体的构造细节。
随着有限位移理论的发展,尤其是空间有限元理论的发展,采用三维空间理论对悬索桥进行结构分析已成为现实。
采用空间有限元理论,则在一次分析后能够获得所有方向的振动形态,能够反映各方向振动在空间上的耦合,从理论结构上看分析结果也应该更为可靠。
2.1成桥初始构形的确定
在实际工程中,桥面系是由主缆吊挂,彼此首尾相连并与桥塔、桥台连接,此时主缆被拉紧,受载弯曲下垂,桥梁从主缆的张力中得到它抵抗荷载的刚度。
对一座已经建成的悬索桥,变形稳定后的几何位置应与设计图纸上标注的桥梁的几何位置相一致。
因此,悬索桥的有限元模型应该是在恒载作用下该桥的实际位置,因为这是它保持在恒载真实作用下的最终几何位置。
换言之,桥梁有限元模型在自重作用下变形后的结构应该要非常接近设计时的几何位置。
但悬索桥成桥时刻的有限元模型建立后,一般情况下有限元模型的平衡位置并非处在成桥设计的平衡位置。
因此，在进行结构的静力和动力分析之前,需要确定结构在恒载状态下的初始构形。
对于满足要求的初始构形,就是在内力平衡的时候结构各部位的线形满足成桥态的要求。
一般的做法是利用别的方法先给出主缆的初始线形,然后以此可以建立全桥的初始模型,然后通过试算的方法调整模型的结构线形和内力,得到满足成桥要求的状态。
对于成桥状态下的模态分析,因为成桥状态的线形已经
确定,所以对于平衡位置的求解,只需要进行非线性计算确定符合成桥线形要求的内力状态，然后转入第二步，开始进行模态计算分析。
2.2空间动力模型的建立
结构动力分析的模型建立是进行悬索桥动力分析的关键一步。
有限元模型的建立应着重于结构刚度、质量和边界条件的模拟,这三个因素直接与结构的特性有关,它们应尽量和实际结构相符。
过去由于受计算机技术的限制,人们往往对实际结构作较大简化。
简化后的有限元模型必然与实测的结果相差较大,不能够正确反映实际桥梁的空间行为。
但对于大型复杂结构建立非常精细化的有限元计算模型不但浪费人力物力,而且也是没有必要的。
显然,有限元建模应该是基于有限元分析的目标,目标不同,建模的策略可以完全不同,得到的模型就会有很大的差别。
一个合理有限元模型应能准确反映结构的本质与特征。
2.3大跨度悬索桥动力分析过程
对于动力特性计算,就是结构在没有外力作用下的自由振动分析,对于悬索桥这类非线性大位移结构,其动力效应是一种非线性的动力过程。
但我们一般认为其在静力平衡位置附近振动,因此把悬索桥的非线性振动近似为在平衡位置附近一定区域内的线性振动。
悬索桥为缆索体系结构,在结构受力或者结构自身恒载作用下,缆索处在高度应力状态,在高应力的缆索中结构的面外刚度要大大的受到结构缆索的面内应力结构自重产生的主缆轴向力状态的影响，而这种面内应力和横向刚度之间的耦合称为应力刚化。
因此,在悬索桥结构分析中要考虑大变形效应和重力刚度的影响。
结构实际上为大变形带预应力的结构体系,在利用有限元进行动力模态分析,一般来说,对于大变形预应力体系进行模态分析,应该按大变形预应力模态求解方法进行分析。
2.4 动力参数分析
影响悬索桥动力特性的因素比较多,主要包括结构的刚度、垂跨比、恒载自重、矢跨比、跨中点的刚结特性等。
悬索桥结构参数的变化会引起结构动力特性的改变。
结构动力特性是影响结构动力响应的主要原因。
桥梁结构参数由于施工和使用中都有可能会产生变化,造成结构与实际设计不相符,从而结构动力性能产
生变化。
因此,进行结构各参数变化对悬索桥动力特性影响的研究,一方面可以让我们充分了解各参数对结构动力特性的影响规律,为桥梁结构动力分析的有限元模型修正提供依据,另一方面也可以为动力优化设计提供理论参考
3.总结
地震、台风等是严重危害人类安全的一类自然灾害。
对于桥梁工程来说,在地震和台风等作用下,容易造成对桥梁结构物的严重破坏。
随着经济发展,人民对交通线路的依赖越来越强,一旦桥梁结构受地震或者风毁,则会导致巨大的直接或间接的经济损失。
对于悬索桥这类大跨度的桥梁,其结构特点是跨度大,柔度高,对地震、台风以及车辆移动荷载等动力激励的作用下动力反应较为敏感。
研究其结构在风、地震、车辆移动载荷等荷载作用下的动力响应,振动规律,降低动力对结构破坏的作用,是保证动力作用下结构安全的重要预防手段。
参考文献
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