斜拉桥静风稳定分析
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析一、本文概述随着交通工程技术的不断发展和创新，大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要代表，其在桥梁建设领域的应用越来越广泛。
然而，随着桥梁跨度的增大，其结构特性和动力学行为也变得越来越复杂，尤其是在强风作用下的颤抖振响应和静风稳定性问题，已经成为桥梁工程领域研究的热点和难点。
本文旨在针对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行深入的分析和研究，以期为提高大跨度斜拉桥的设计水平和安全性提供理论支持和实践指导。
本文首先将对大跨度斜拉桥的结构特点和动力学特性进行概述，阐述其在强风作用下的颤抖振响应机制和静风稳定性的基本概念。
接着，本文将详细介绍大跨度斜拉桥颤抖振响应的分析方法，包括颤振机理、颤振分析方法以及颤振控制措施等。
本文还将探讨大跨度斜拉桥的静风稳定性分析方法，包括静风稳定性评估方法、静风稳定性影响因素以及静风稳定性控制措施等。
本文将结合具体工程案例，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行实例分析，以验证本文所提分析方法的有效性和实用性。
本文的研究成果将为大跨度斜拉桥的设计、施工和运营提供有益的参考和借鉴，对于提高我国桥梁工程的设计水平和安全性具有重要的理论意义和实践价值。
二、大跨度斜拉桥颤抖振响应分析大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要形式，其结构特性和动力行为是桥梁工程领域研究的重点。
颤抖振，作为一种常见的桥梁振动形式，对桥梁的安全性和使用寿命有着重要影响。
因此，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应进行深入分析，对于优化桥梁设计、确保桥梁安全具有重要的理论价值和实际意义。
在颤抖振分析中，首先要考虑的是桥梁结构的动力学特性。
大跨度斜拉桥由于其特殊的结构形式，其动力学特性相较于传统桥梁更为复杂。
在风的作用下，桥梁的振动会受到多种因素的影响，包括桥梁自身的结构参数、风的特性以及桥梁与风的相互作用等。
因此，在进行颤抖振分析时，需要综合考虑这些因素，建立准确的动力学模型。
要关注颤抖振的响应特性。
大跨度斜拉桥静风稳定性及影响参数分析
文章编号:1671-2579(2010)03-0114-04大跨度斜拉桥静风稳定性及影响参数分析张辉1,韩艳2,田仲初2(1.南阳理工学院,河南南阳 473004; 2.长沙理工大学土木与建筑学院)摘 要:随着跨径不断增大,斜拉桥存在静风失稳的可能性增加。
笔者综合考虑了静风荷载和结构自身非线性因素的影响,引用大跨度桥梁非线性静风稳定性分析理论,采用增量双重迭代搜索法对某大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定性分析,根据其非线性全过程分析结果探明其静风失稳机理,并探讨了不同参数对其静风稳定性的影响。
关键词:大跨度斜拉桥;静风失稳;非线性;增量双重迭代搜索法;Ansys 软件收稿日期:2010-05-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50908025)作者简介:张辉,男,硕士.1 前言随着斜拉桥跨径的不断增大,新的问题不断出现,风荷载作用下大跨径桥梁的静风稳定问题就是其一。
但目前大跨度斜拉桥的抗风研究主要集中在结构的抖振响应和气动稳定问题上,而对其静风失稳现象重视不够。
近年来,风洞试验研究结果表明:随着跨径的不断增大,斜拉桥存在静风失稳的可能性增加。
因此,有必要对各种形式的大跨度斜拉桥的静风稳定性问题进行全面的考察研究。
静风失稳是静风荷载与结构变形耦合作用的一种体现。
过去,对大跨度悬索桥空气静力失稳的计算方法都比较简单,仅限于验算横向静风引起的侧倾失稳以及纯升力作用下的扭转发散,且没有考虑结构与风荷载非线性因素的相互作用,用于实际结构的静风稳定分析时,难以获取准确的静风失稳临界点,也无法揭示结构失稳全过程以及空气静力行为的非线性特征。
为了能全面了解大跨度斜拉桥静风失稳的发生机理,考察各种不同参数对结构静风失稳的影响,从而准确预测结构发生静风失稳的临界风速,为今后进行斜拉桥抗静风设计及状态评估奠定良好的基础。
笔者在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上采用大跨度桥梁静风稳定性计算方法对某大跨度斜拉桥静风稳定性进行了计算,根据计算结果分析该大桥静风失稳的机理。
大跨径斜拉桥抗风稳定性研究
大跨径斜拉桥抗风稳定性研究摘要：伴随着我国桥梁跨径的不断延展伸长，对于柔性较大的斜拉桥来讲，在设计时需要考虑风致效应产生的空气动力问题，对应问题需要多方面因素出发提出风振控制手段措施，以保证大跨径斜拉桥具有足够的抗风稳定性。
关键词：大跨径桥梁；风致效应；气动措施中图分类号：TU 13 文献标志码：A 文章编号：1940年塔科马海峡大桥发生严重风毁事件，引发了国际桥梁工程界及空气动力界的极大关注，这也标志着自此为桥梁风工程研究的起点，使得在桥梁设计之中开始考虑桥梁风致效应的严重性。
由此可见风致效应对大跨径桥梁有着极其重要的作用，桥梁在抗风方面的研究也有着举足轻重的意义。
明确大跨径斜拉桥在抗风设计中的设计要点；找到大跨径斜拉桥不同设计参数对结构气动稳定性的影响；根据风致振动的机理，能够采用相应的结构措施、气动措施、机械措施来提高桥梁的抗风性能[1]，具有重要工程价值及研究意义。
1 桥梁风致灾害实例2020年5月5日下午15时左右，连接珠江两岸的广东虎门大桥发生了异常的抖动现象，悬索桥桥面晃动不但感知明显，影响了行车的舒适性及交通安全性，且其振幅在监控中显示为波浪形，幅值过大。
这件事情引发了不单有我国桥梁工程专业的广泛关注，在社会中也激发了广大人民群众的激烈讨论及反响。
此次虎门大桥的异常晃动并没有发生一定的损失，相关部门也立即采取措施，对虎门大桥进行双向封闭管制，对虎门大桥也进行了紧急的全面检查检测，交通运输部也组建了专家工作组到现场进行研究指导。
随着我国大跨径桥梁的发展建设，桥梁风害也时有发生，例如广州九江公路斜拉桥在施工过程中吊机被8级大风吹倒进而砸坏主梁；江西长江公路铁路两用桥吊杆发生涡激共振；上海杨浦大桥斜拉索的风雨振引起的拉索索套严重毁坏等[3]。
灾害的发生时刻警醒着人们，大跨径斜拉桥的设计中有关抗风设计日益成为焦点；桥梁风害的问题的重要性，促使着人们对桥梁风致效应的研究不断深入。
2 桥梁结构的风致效应桥梁结构的风致效应十分复杂，它受结构的形状、刚度、风的自然特性以及二者相互作用的影响。
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析
混凝土双塔斜拉桥的稳定分析长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥桥长368m，采用84m+200m+84m双塔双索面结构，主梁为预应力混凝土双边箱结构，桥塔采用H型箱型薄壁结构。
文章用MIDAS 2010程序对运营状态下桥梁结构稳定性进行了分析。
标签：混凝土斜拉桥；稳定性；稳定系数；预应力1 工程概况1.1 主桥设计简介长春光复高架桥跨铁路双塔斜拉桥位于长春站东侧，本桥在该处跨越京哈上下行线共计18条铁路线和长吉城际上下行线，是该区域的重要景观。
主桥的桥梁结构形式采用双塔双索面结构，半漂浮体系，孔跨布置为84m+200m+84m，边跨计算跨径83m，边中跨比为0.42。
主塔为H型，箱型薄壁结构，结构高度为54.5m，H/L=0.2725。
梁上索距6m，每个塔设15对拉索，每对斜拉索和主梁相交处设横梁。
1.2 设计标准及技术条件1.2.1 公路等级：城市快速路，V=60km /h，双向6车道；1.2.2 荷载标准：公路—Ⅰ级；1.2.3 桥面布置：0.50米（风嘴）+1.5米（拉索锚固区）+0.5米（防撞护栏）+11.5米（行车道）+1.0米（中央分隔带）+11.5米（行车道）+0.5米（防撞护栏）+1.5米（拉索锚固区）+0.50米（风嘴）=29米。
1.2.4 抗震设防烈度：Ⅶ度；1.2.5 设计风速：35.4米/秒；1.2.6 环境类别：Ⅱ类；1.2.7 桥上纵坡：2.2%和-3%，竖曲线半径4000m，桥上横坡：1.5%；1.2.8 桥下净空：铁路：电气化铁路净高按不小于7.96m。
长吉城际不小于7.5m。
1.3 主要材料特征1.3.1 主梁主梁标准断面采用C50混凝土双边箱梁，梁宽29m，中心处梁高3.0m，桥面板厚0.3m，桥面板设1.5%双向横坡。
边箱箱底板宽4m，三角部分宽4.5m，主梁标准段长度为6.0m，标准段底板、腹板厚为0.4m，三角部分底板、顶板厚为0.3m，在标准段两边箱间不设底板；三角部分底板厚为0.45m；边跨密索区梁段长度为2.5m，箱形截面为单箱四室结构，三角部分底板、顶、底板、腹板及桥面板厚度同索塔区箱梁。
拱塔斜拉桥静风稳定性分析
横 向风载 （ 力） 阻 为
１
随着 桥梁 跨径 的 日益增 大 ， 桥梁 结构 对 风致 响应
Ｆ 一 去 。 ｈａ Ｄ ｈ Ｃ （）
厶 ’
（） １
变得 更 加 敏感 ， 在 静 风 失 稳 的 可 能 。空 气 静 力 失 存
稳 ｌ 是指结 构 在给定 风 速作 用下 ， １ ］ 主梁 发 生弯 曲 和扭 转， 一方 面改 变 了结 构 刚 度 ， 一方 面 改变 了风 荷 载 另 的大 小 ， 而反 过来 却 增 大 了 结构 的变 形 ， 终 导 致 结 最 构失 稳 的现象 。桥 梁跨 径 的不 断增 大 ， 必会 引发 出 势
一
竖 向风载 （ 力 ） 升 为
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扭转 力矩 （ 力矩 ） 升 为
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些 新 的 问题 ， 跨 径 桥 梁 的静 力 稳 定 问题 就 是 其 大 般 都低 于静 力 失稳 。但 是 ， 悬 索桥 的全 桥模 型风 在
结 合 的 方法 ， 合 考 虑 静 风 荷 载 与 结 构 非 线 性 影 响 ， 某 拱 塔 斜 拉 桥 进 行 ＿静 风 稳 定 性 全 过 程 分 析 。 综 对 『 关键 词 ： 塔 斜 拉 桥 ； 风 稳 定 性 ； 线 性 分 析 拱 静 非 中 图 分 类号 ： ４ ． ； ４ ． ７ Ｕ４ １ ３Ｕ４ ８ ２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３５ ８ （０ ０ ０ —５ ３０ １ ７ —７ １ ２ １ ） ５０ ９ ３
斜拉桥的稳定性分析
斜拉桥的稳定性分析摘要：为了探讨大跨预应力混凝土斜拉桥的稳定性，为桥梁设计施工提供重要的理论依据，本文对斜拉桥稳定性的分析理论与计算方法进行了阐述，用ANSYS非线性有限元程序，结合重庆一座超大跨径预应力混凝土斜拉桥—奉节长江大桥，线性与非线性稳定安全系数进行了数值模拟分析，得到奉节长江大桥安全系数能够满足使用要求和规范规定，并验证了方法的合理性。
关键词桥梁工程斜拉桥稳定性0 引言随着斜拉桥跨径的不断增大，其索塔越来越高，加劲梁越来越纤细，跨度增加引起梁、塔承受的轴向压力剧增，索的垂度效应、梁塔p-Δ效应、结构大位移等几何非线性效应明显增大。
这些不利因数的影响降低了桥梁结构抵抗静力失稳的能力，安全系数大为减少，稳定问题愈加突出。
1 斜拉桥第一类稳定问题分析理论从欧拉公式的推导可以明确第一类稳定问题提出的实质是对理想结构在理想的受力状态下，即不考虑变形产生的二次力效应及结构的初始缺陷，荷载增加至一定数量时结构出现平衡状态的分支，对于理想中心压杆而言即为直的和微弯的平衡状态。
欧拉公式如下所示：（1）式中：β—与边界条件有关的系数，EI—结构的刚度，L —构件的长度。
从上式可以看出，欧拉荷载只与结构的边界条件、刚度和长度有关。
而与结构的材料的应力-变形性能无关。
这可以称其为第一类弹性屈曲的稳定问题。
在很多的文献当中，均认为第一类稳定问题即是只考虑结构线弹性的稳定问题，下面通过有限元平衡方程来表达结构失稳状态，并通过第二章给出的结构刚度矩阵中组成项的考虑给出对于第一类稳定问题的几何非线性及弹塑性屈曲概念。
2斜拉桥第二类稳定问题分析理论从有限元计算的角度看，分析桥梁结构极限承载能力的实质就是通过求解计入几何非线性和材料非线性对结构刚度矩阵的影响，根据平衡方程，寻找其极限荷载的过程。
桥梁结构在不断增加的外载作用下，结构刚度不断发生变化。
当外载产生的压应力或剪应力使得结构刚度矩阵趋于奇异时，结构承载能力就达到了极限，此时的外荷载即为结构的极限荷载。
独塔斜拉桥静风稳定性分析
独塔斜拉桥静风稳定性分析朱爱东【摘要】以某独塔钢箱梁斜拉桥为背景,进行抗风性能分析.采用计算流体动力学(CFD)数值模拟技术计算得到主梁断面的静力三分力系数,分析静风扭转发散机理.对桥梁结构进行自振特性分析,为进一步研究风致振动提供依据.最后,进行了风载响应计算,评估该桥的抗风性能.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】4页(P49-52)【关键词】斜拉桥;静风稳定;风荷载;自振特性;临界风速【作者】朱爱东【作者单位】大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】U448.27斜拉桥以跨越能力大、桥型优美以及良好的经济性等优点得到了迅速发展［1］。
随着桥梁跨度越来越大，越来越柔，结构的静风稳定性问题日益凸显出来。
以前大多数专家学者把主要精力放在研究桥梁结构的动力失稳问题上，这是因为根据以往经验，大跨径桥梁结构的静风失稳风速要比结构的颤振临界风速高。
目前，桥梁结构的空气动力问题已得到妥善的解决，但对空气静力问题的研究仍然欠缺［2－3］。
静风稳定性分析方法主要有侧倾失稳线性方法、扭转发散线性方法、三角级数非线性方法和增量迭代非线性方法［4］。
某独塔钢箱梁斜拉桥所在地区台风灾害比较频繁，周围环境开阔，地表类别为A 类。
桥梁跨度布置为(40+160+200+40)m，主梁高2 m、宽13.8 m，如图1所示。
本文对该桥进行抗风性能分析，采用计算流体动力学(CFD)数值模拟，用连续攻角的方法求出主梁三分力系数(阻力系数、升力系数和扭矩系数)。
用有限元软件Midas/Civil建立模型，通过考虑风攻角、风荷载等因素对独塔斜拉桥进行了静风稳定性分析。
图1 主梁标准横断面图1 静风荷载、静力三分力系数气流绕过主梁断面，改变了流场的特性，从而产生了风荷载。
桥梁断面的静力风荷载由阻力FD、升力FL与扭矩MT组成。
传统上，静力三分力系数是通过风洞试验测量获得。
箱梁内腹板高度对斜拉桥静风稳定性的影响
箱梁内腹板高度对斜拉桥静风稳定性的影响沈毅凯【摘要】以某主跨1400m斜拉桥方案的中央开槽箱梁断面为研究对象,对该断面内侧上腹板高度对斜拉桥静风稳定性的影响展开研究.通过节段模型测力试验,获取了不同断面的三分力系数,然后通过三维非线性静风稳定性分析,获得了不同断面对应斜拉桥在-3°,0°和+3°攻角下的静风失稳临界风速以及主梁跨中位移随风速的变化曲线.研究结果表明:对于所有断面,+3°是静风失稳的最不利攻角;随着内侧上腹板高度的增大,最低静风失稳临界风速由122 m/s降到115 m/s.内侧上腹板高度对斜拉桥静风稳定性有显著的影响,在实际工程设计中,需加以考虑.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2019(045)008【总页数】3页(P137-139)【关键词】中央开槽断面;三分力系数;测力试验【作者】沈毅凯【作者单位】同济大学土木工程学院桥梁工程系,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U448.271 概述近些年来，随着建成或在建的大跨径桥梁不断增加，桥梁呈现出长大化、轻柔化的发展趋势。
桥梁跨径的增长会使桥梁刚度减弱，从而增加对风的敏感性，抗风问题已经成为大跨径桥梁设计的主要控制因素之一。
静风失稳和颤振失稳是桥梁风致失稳的主要问题。
以往专家学者认为，大跨径桥梁的静风失稳临界风速远远高于颤振临界风速，因而桥梁风致失稳研究重点针对颤振，忽略了对静风稳定问题的研究。
但是，东京大学Hirai教授的悬索桥全桥模型风洞试验[1]、同济大学的汕头海湾二桥风洞试验[2]、同济大学宋锦忠等[3]的鄂东长江大桥全桥模型风洞试验中相继观测到了大跨桥梁的静风失稳现象。
在理论方面，Boonyapinyo[4,5]、谢旭等[6]、方明山[7]、程进等[8]对桥梁静风稳定问题进行了不断深入的探讨。
试验和分析均显示，随着桥梁跨径的增加，静风失稳的临界风速有可能低于颤振失稳临界风速。
混凝土斜独塔斜拉桥的稳定分析
块， 以利拉 索 的锚 固及力 系传 递 。 主梁 采用纵 、 横、 竖三 向预应力 体 系。箱梁 纵 向 预应 力体 系采用 １ ５ ． ２ ０高强 度低 松 弛 钢绞 线 （ 标 准强度 １ ８ ６ ０ ＭＰ ａ ） 及 ３ ２高强精 轧 螺纹 钢筋 。箱 梁 桥 面板 横 向预 应力 体 系采 用 １ ５ ． ２ ０高强 度 低 松
（ ８ ） 通航净高 ： 无通航要求 ； （ ９ ） 设计洪水频率 ： １ ／ １ ０ ０ ， 设计水位 １ ２ ． ５ ｍ 。
１ ． ３ 主要材 料特征
（ １ ） 主梁
图 １ 箱梁标准横断面图
Hale Waihona Puke 上部结 构采 用大悬 臂单箱 三 室梁 。梁高 ３ ． ０ ｍ，
（ ２ ） 主塔
第４ 期
化到 ０号段处 ６ ０ ｅ ｍ。腹板 共设 ４道 ， 内腹 板采 用直 立形式 ， 厚度 为 ３ ５～７ ０ ｅ ｍ。外腹 板 为 斜 置 ， 厚 度 为
３ ２ ～６ ０ｃ ｍ。
１ ． １ 主桥 设计 简介
福 清 跨 龙 江 独 塔 斜 拉 桥 位 于 福 清市 的 城关 组 团， 位于福 清 市城 区的 中轴 线 附近 ， 是 福清市 城 区重
横梁。
１ ． ２ 设 计 标 准
横 梁 在纵 桥 向每对 拉索 锚 固位 置 布 置一 道 ， 厚
度５ ０ ｃ ｍ， 悬臂 板下对应 横梁 位置设 置劲板 ， 厚 度
２ ５ ｃ ｍ。为 了加 强 大 悬 臂 板 和 箱 内顶 板 的 横 向抗 弯 能力 ， 在 每两道横 梁之 间设一 道顶板 横 向加 劲肋 ， 并 外伸 至外挑 悬臂 板下 。斜 拉 索锚 固在主梁 中室 内的
斜拉桥稳定性整体分析
斜拉桥稳定性整体分析【摘要】本文对斜拉桥稳定理论的研究发展概况进行了总结，详细地论述了斜拉桥失稳的两类稳定性问题，并对其稳定问题失稳判别准则进行了分析，探讨了斜拉桥稳定性的两种评价指标。
【关键词】斜拉桥，稳定理论，失稳判别准则，评价指标结构失稳是指在外力作用下结构的平衡状态开始丧失稳定性，稍有扰动，也会引起很大的位移和变形，甚至发生破坏。
此时虽然截面的内力并未超过它的最大抵抗能力，但结构的平衡状态发生了分支，或者是随着变形的发展内外力的平衡己不可能得到，于是结构在外荷载基本不变的情况下可能发生很大的位移最后导致结构的破坏。
一、稳定理论的发展概况与桥梁结构相关的稳定理论已有悠久的历史，同时桥梁失稳事故的发生促进了桥梁稳定理论的发展。
早在1744年欧拉（L.Euler）就进行了弹性压杆屈曲的理论计算。
在国内对于斜拉桥的稳定性问题，李国豪等提出了采用空间杆系屈曲有限元方法进行计算的思路，并给出了计算斜拉桥平面屈曲临界荷载的近似方法。
根据结构经受任意微小外界干扰后，能否恢复初始平衡状态，可把平衡状态分为稳定、不稳定和随遇三种。
研究结构稳定的主要目的就在于防止不稳定平衡状态的发生。
由失稳前后平衡和变形性质，可以把稳定问题分为两大类：第一类稳定，即分支点失稳问题。
见图1；第二类稳定，即极值点失稳问题，见图2。
图1 分支点失稳图2极值点失稳二、斜拉桥的第一类稳定问题在斜拉桥建设的初期，跨径一般较小，再加上计算手段的不成熟，通常只考虑第一类稳定问题，而且常把塔和梁分离开来单独考虑其稳定性。
对斜拉桥稳定性较精确的分析方法是有限元法，这种方法可求得斜拉桥整体的屈曲安全度。
在有限元分析中，斜拉桥被离散为许多单元。
如果知道各个单元的力和位移的关系，则不难推出整体结构的力和位移的关系。
值得注意的是，在压杆刚度矩阵中，需要考虑轴向力对刚度的影响。
对于第一类稳定问题而言，结构失稳时是处于小变形范围，大位移矩阵[KL]较小，通常忽略不计。
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析随着现代交通运输的发展，大跨度斜拉桥作为一种经济、有效的桥梁结构形式，逐渐成为城市交通的重要组成部分。
然而，大跨度斜拉桥在面临强风等外界环境因素时会出现颤抖振响应，这对桥梁的安全稳定性产生了重要影响。
因此，进行大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性的分析具有非常重要的实际意义。
颤抖振响应是指桥梁在行车荷载或风荷载作用下的动态响应行为。
由于大跨度斜拉桥的特殊结构形式，其振动特性相较于传统的悬索桥或梁桥有所不同。
斜件的倾角和预应力的设置对大跨度斜拉桥的颤抖振响应具有重要影响。
通过对桥梁结构的数值模拟和实验研究，可以得到桥梁在外界荷载作用下的振动特性，进而评估其安全性。
这对于斜拉桥的设计、建造和运营具有重要的指导作用。
静风稳定性是指桥梁在强风作用下的稳定性能。
由于大跨度斜拉桥的细长结构特点，桥梁容易受到侧风作用而引起的侧向位移和振动。
为了保证斜拉桥的安全性，需要对桥梁的静风稳定性进行研究和分析。
通过对桥梁结构和风场的数值模拟，可以得到桥梁在不同风速下的静风压力分布及其对结构的影响。
这对于斜拉桥的设计、施工和运行具有重要的参考价值。
大跨度斜拉桥的颤抖振响应和静风稳定性分析存在一定的挑战和难点。
首先，斜拉桥结构的复杂性使得数值模拟和实验研究需要考虑更多的因素和参数。
其次，大跨度斜拉桥往往需要考虑多种荷载作用的综合影响，例如行车荷载和强风荷载的同时作用。
最后，斜拉桥结构的动态效应与静态效应相互影响，需要进行整体的分析和评估。
为了解决以上问题，需要采用一系列科学合理的研究方法和手段。
对于颤抖振响应分析，可以采用有限元方法进行数值模拟，结合实验数据进行验证。
对于静风稳定性分析，可以通过数值模拟得到桥梁结构在不同风速下的静风压力场，并利用风洞实验对模拟结果进行校正和优化。
同时，还需考虑预应力调整、导风系统设计等措施对斜拉桥静风稳定性的影响和改善效果。
九江长江大桥混合梁斜拉桥稳定分析
研究稳定问题的常用方法有静力平衡法( Eu ler 法) 、能量法( T imoshenko 法) 、缺陷法及 振动 法等. 在实际工程中, 由于斜拉桥结构复杂, 受力 也并非对称( 斜拉桥结构整体失稳 很难说是面内 还是面外失稳) [ 3] , 斜拉桥的失稳原因也是十分复 杂的, 梁、塔在面内、外的失稳可能是耦合的, 不可 能单靠这几种方法来求解其稳定问题. 为了精确 计算斜拉桥的稳定性, 在实际工程上, 大多采用有 限元方法求解斜拉桥的稳定问题.
第4期
李传习, 等: 九江长江大桥混合梁斜拉桥稳定分析
19
图 3 钢箱梁标准横断面布置示意( 单位: cm) Fig. 3 Lay out of the standar d cro ss sectio n o f st eel box girder ( unit: cm)
表 1 斜拉索的规格型号及其对应斜拉索编号 Table 1 Specificat ion model o f the cable and the cor respo nding number
253
S B25 - SB28
1. 2 计算模型的建立 采用软件 ANSYS 建立该桥的有限元计算模
型. 全桥共分 1 922 个节点和 1 331 个单元. 用三 维弹性梁 Beam44 单元模拟梁、塔, 当考虑材料非 线性时, 用 Beam 188 单元模拟; 用可考虑只受拉的 非线性杆单元 L ink10 模 拟斜拉索; 对索与梁、塔 的连接处理, 以及塔墩固结处主塔上横梁的模拟, 均采用了刚臂单元. 刚臂单元采用普通梁单元, 弹 性模量按梁单元的 1000 倍输入. 采用竖向铰支承 模拟边墩、辅助墩对主梁的作用[ 4] ; 塔底承台处考 虑为固结. 有限元模型中的主要材料参数取值见 表 2, 建成后的有限元模型如图 4 所示.
大跨度混凝土斜拉桥静力稳定性分析的开题报告
大跨度混凝土斜拉桥静力稳定性分析的开题报告
一、选题背景
混凝土斜拉桥是一种常用的大跨度立交桥形式，其结构稳定性与使用寿命一直是设计师和研究者关注的重要问题。
而在混凝土斜拉桥的设计中，静力稳定性是至关重要的设计指标，直接决定了斜拉桥的安全性和可靠性。
二、研究意义
目前，虽然有不少关于混凝土斜拉桥静力稳定性的研究，但随着斜拉桥的跨度不断增大，结构变得更加复杂化，静力稳定性的研究依然面临着不少挑战。
因此，对于大跨度混凝土斜拉桥静力稳定性的研究具有重要意义，可以为工程实践提供更加可靠的技术支持。
三、研究方法
本研究将采用有限元方法对大跨度混凝土斜拉桥的静力稳定性进行分析。
具体来说，将首先利用ANSYS等软件建立混凝土斜拉桥的三维有限元模型，分析桥梁结构的受力和形变情况，进而分析斜拉桥静力稳定性的各种因素，比如桥墩、斜拉索等。
四、研究内容及进度
本研究将主要包括以下几个方面的内容：
1. 大跨度混凝土斜拉桥的结构理论与设计规范研究；
2. 利用有限元方法建立混凝土斜拉桥的三维有限元模型；
3. 分析斜拉桥静力稳定性的各种因素，如桥墩、斜拉索等；
4. 分析并优化静力稳定性，提高设计方案的安全性和可靠性。
目前，本研究已完成研究背景的梳理和研究意义的阐述，正在进行相关文献收集和模型建立。
接下来，研究将进入深入分析数据和进行优化方案的阶段。
大跨度斜拉桥抗风稳定性初探
大跨度斜拉桥抗风稳定性初探1案例调查与分析1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。
这一严重桥梁事故促使人们开始对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。
风对桥梁的动力作用十分复杂。
为了便于分析，我们把振动分为两类：一类是在平均风作用下产生的自激振动；一类是在脉动风作用下产生的强迫振动。
自激振动是指振动的桥梁不断从流动的风中吸取能量，从而加剧桥梁的振动，甚至导致破坏。
从力学角度看，风引起了桥梁的振动，而振动的桥梁与附加的气动力之间又形成了闭合关系。
当风速超过某一数值时，便产生发散现象，桥梁变形将无限增大，产生失稳。
这种振动状态的发散现象就称作颤振（或动力失稳）[1]。
颤振是一种自激振动，是将风的动能转换为桥梁的振动能，而使桥梁的振幅增大。
颤振有多种形式，塔科马桥的颤振称之为扭转颤振。
2 研究历程1940年塔科马桥的风振致毁开辟了土木工程界考虑空气动力问题的新纪元。
40多年来，在结构工程师和空气动力学家的共同努力下，基本上弄清了各种风致振动的机理，并在结构工程这一领域逐渐形成了一门新兴的边缘分支学科—结构风工程学[2]。
自然风可以分解为平均风与脉动风之和，而桥梁结构也可分成结构静止不动与结构本身存在微振动两种情况。
将上述两种情况加以组合，可将风与桥梁的相互作用分类如下：2.1二维经典耦合颤振分析法2.1.1Theodorson平板空气力公式[4]Theodorson在1935年首先从理论上研究了薄平板的气动作用力，用势能理论推导出了作用于振动薄平板上的非定常空气动作用力的解析表达式。
1938年Von Karman也得到了相同的结论。
在均匀流场中，当二维理想平板平行于来流并作微小振动时，其受到的非定常气动自激升力和自激扭矩可表示为：（1）（2）式中，L，M为Thoedorosn平板气动自激升力和自激扭矩；v为空气来流流速；ρ为空气密度；b为半桥宽；h，α分别为断面竖向位移和扭转角：k=ωb/v为无量纲折减频率。
斜拉桥非线性静风稳定性分析
斜拉桥非线性静风稳定性分析沈丹;张鸣祥;王建国【摘要】文章综合考虑静风荷载与大跨度斜拉桥几何非线性影响,采用有限元方法,建立了大跨度斜拉桥非线性静风稳定性分析的有限元方程;采用增量法与内外两重迭代相结合的方法,利用ANSYS中参数化语言(APDL)编写了计算程序,对拱塔斜拉桥进行了非线性静风稳定性全过程分析;通过数值算例探讨了梁的位移随风速变化的情况以及初始风攻角对大跨度斜拉桥静风稳定性的影响.%Considering the static wind load and the geometric nonlinear effects of long span cable-stayed bridges structure, and using the finite element method, the finite element equation is presented for the nonlinear aerostatic stability analysis of long span cable-stayed bridges. Using the incremental method and inner-outer double iteration method and the computer program prepared by ANSYS/APDL, the whole process of the nonlinear aerostatic stability of arch tower cable-stayed bridges is analyzed. Finally, the effects of the initial angle of incidence and cable sag on the aerostatic stability of arch tower cable-stayed bridges are discussed.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】4页(P571-574)【关键词】拱塔斜拉桥;静风稳定性;几何非线性分析;增量双重迭代法【作者】沈丹;张鸣祥;王建国【作者单位】南京市市政设计研究院有限责任公司,江苏南京210008;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U448.27;U441.3随着桥梁跨径的日益增大，桥梁结构对风致响应变得更加敏感，存在静风失稳的可能性[1]。
独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段桥塔干扰下非线性静风稳定性分析
河南科技Henan Science and Technology 交通与土木工程总第816期第22期2023年11月独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段桥塔干扰下非线性静风稳定性分析谭泽恩（长沙理工大学土木工程学院，湖南长沙410114）摘要：【目的】与传统多跨斜拉桥相比，独塔斜拉桥具有工期短、经济性强和美观等优点。
然而，由于其结构刚度小，其双悬臂施工阶段风致振动问题更为突出。
为了充分评估其抗风能力，依托广东韶关的曲江大桥，在桥塔干扰的情况下模拟双悬臂斜拉桥施工阶段和桥塔主梁联合施工阶段在不同风攻角下的静风作用。
【方法】分别建立最大双悬臂施工阶段无桥塔主梁节段和有桥塔主梁节段三维CFD模型，求得不同来流风向下不同主梁位置处的流场分布和三分力系数。
建立有限元模型，编写主梁非线性静风失稳临界风速求解程序，对独塔斜拉桥施工过程中的静风稳定性进行全过程求解。
【结果】考虑桥塔干扰效应后，随着风攻角角度的增大，独塔斜拉桥最大双悬臂靠近桥塔区域的三分力系数会发生变动。
【结论】有桥塔干扰下施工阶段静风响应更危险，随风速变化位移响应中没有出现骤变现象，但在实际施工阶段中应充分考虑此影响。
关键词：独塔斜拉桥；静风稳定性；风攻角；最大双悬臂施工阶段；静三分力系数中图分类号：U441.2文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）22-0059-08 DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.22.011Analysis of Nonlinear Aerostatic Stability of Tower Interference Effect During the Construction Stage of Maximum Double Cantilever of SingleTower Cable-Stayed BridgeTAN Zeen（College of Civil Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha410114,China）Abstract:[Purposes]Compared with the traditional multi-span cable-stayed bridge,the single-tower cable-stayed bridge has the advantages of short construction period,strong economy and beauty.How⁃ever,due to its small structural stiffness,the wind vibration problem is more prominent during the double cantilever construction stage.In order to fully evaluate its wind resistance,relying on the Qujiang Bridge,Guangdong province,the areostatic effect of the double cantilever cable-stayed bridge and the main girder of the bridge tower at different wind attack angles is simulated under the premise of consider⁃ing the bridge tower interference.[Methods]The three-dimensional CFD model of the main girder of the tower and of the bridge tower in the maximum double cantilever construction stage is established respec⁃tively,to obtain the flow field distribution and three-point force coefficient at different main beams of dif⁃ferent flow winds.The finite element model was established,the critical wind speed solving program of the nonlinear static wind instability of the main beam was written,and the whole process of the static收稿日期：2023-04-10基金项目：国家自然科学基金项目（52208459）。
大跨径混凝土斜拉桥施工稳定性分析
理论，分别采用两种仿真计算软件独立进行仿真计 算，经过对比分析，得到了该桥施工全过程的弹性稳 定安全系数，明确了各施工阶段结构弹性失稳模态， 获得了钢箱梁斜拉桥施工阶段结构稳定性变化规律。
Yang-ChengWang[5（] 1999）以 Agrawal论 文 中 三 个斜拉桥例子为研究背景，采用数值分析方法检验这 些斜拉桥例子的二维有限元模型，通过特征值分析获 得了斜拉桥最小临界屈曲荷载，并着重研究了斜拉索 数量与桥梁整体屈曲荷载之间的关系。研究结果表 明，随着斜拉索数量的增加，单根斜拉索索力减小、斜 拉索最大索力值减小，但是主梁承受的轴力增大，此 时，结构的失稳控制构件由斜拉索转变为主梁桥面 板，由桥面板承受的轴向压力来控制临界屈曲荷载， 因此增加斜拉索的数量不一定能导致结构临界屈曲 荷载的提高。斜拉桥基本屈曲临界荷载与桥面板惯性 矩和桥塔惯性矩的比值正相关，直到比值达到最优 值；当比值超过了最优值时，斜拉桥屈曲临界荷载开 始下降，同时，斜拉桥基本屈曲临界荷载不仅仅由桥 面板惯性矩和桥塔惯性矩的比值决定，还与斜拉桥的 类型一级斜拉索的数量有关。
在施工过程中结构稳定性变化的规律。 罗涛[3（] 2009）以营口辽河公路大桥（主跨 370m
的预应力混凝土双塔斜拉桥）为工程背景，基于非线 性有限元理论，采用 ANSYS计算程序建立了预应力 混凝土双塔斜拉桥有限元模型，然后基于弹性稳定理 论，研究了成桥阶段、最大双悬臂和最大单悬臂施工 阶段结构在半漂浮和全漂浮两种不同体系下的稳定 性，获得了相应的结构前 5阶特征值和特征向量，即
桥（双塔混合梁斜拉桥）为工程背景，基于特征值屈曲
近年来，国内外出现的桥梁事故中，有相当一部 分是发生在施工过程中，且大多表现为由局部失稳引 起的整体失稳，而稳定性问题在斜拉桥中更为突出。 大跨径混凝土斜拉桥一般采用悬浇法施工，在施工 时，结构体系一直处于动态变化中，结构的稳定状态 也在不断演变，这增加了结构失稳破坏的几率。结构 整体失稳时，其势能瞬间释放，带来的结构破坏是灾 难性的。因此，国内外有关学者针对斜拉桥施工阶段 结构稳定性理论和工程应用问题开展了一系列的研 究工作。
例析单索面斜拉桥的稳定性
例析单索面斜拉桥的稳定性在斜拉桥施工过程中，由于存在着体系转化及受几何非线性、材料非线性因素的影响，施工期间结构的受力状态可能比成桥状态更为不利，特别是在单索面斜拉桥的施工中，结构的最大悬臂状态是施工阶段最危险的状态，此状态下结构的稳定性关系到桥梁是否能安全合龙，于是对合拢段进行稳定性就显得非常重要。
一、工程概况重庆千厮门嘉陵江大桥，位于重庆市渝中区，是一座单索面公轨两用桥。
本桥西起江北区滨江路，自西向东跨越嘉陵江，连接渝中区，是重庆市轻轨六号线的一部分。
千厮门嘉陵江大桥采用双塔单索面斜拉桥，全桥采用半漂浮体系。
全桥桥跨布置为222.5+445+190.5=858m，桥跨布置见图1. 1，桥面宽24m，主梁采用钢桁架式梁，桁梁宽15m，桁梁高13.468m。
桥塔塔高173.11m，桥塔立面形状采用的是天梭形，主梁从天梭形中间穿过。
拉索采用的是镀锌钢绞线，每座桥墩两边各布置9道斜拉索。
索距相等都是16m，钢绞线公称直径：15.2mm，斜拉索直径0.315m，弹性模量E=1.9105MPa，疲劳应力幅：200 M，初张索力见表1.1。
二、桥梁的失稳分析①、桥梁个别杆件的失稳。
比如，个别杆件的压杆失稳，本桥的最大悬臂状态的最大压杆是P1，P2墩。
尤其是那南岸侧合龙前，悬臂的长度最大。
②、部分结构和整个结构的失稳。
比如整个脚手架的失稳，整座斜拉桥合龙前的失稳。
③、结构的局部失稳，例如组成压干的腹板挠曲，二局部失稳又导致了整个结構的失稳。
结构的失稳是指在外力的作用下。
结构的平衡状态开始失去稳定性，稍有扰动，结构的变形就会迅速的增大，最后整个结构不能在承受外力而破坏。
研究结构的失稳主要有种形式：1、分支点失稳：理论分析的一种重要方法，即是在结构除了存在的受力平衡状态以外，还存在另一个平衡状态。
例如一条比较细长的轴心受压的直杆，它除了理论上的受力平衡以外，也许在没达到理论上应该承受的力就发生了屈服。
这个在材料力学里面研究的比较多，就是我们的长细杆的压杆稳定。
高深峡谷斜拉桥施工期静风稳定性分析
高深峡谷斜拉桥施工期静风稳定性分析
李秀飞;颜鸿仁
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】基于非线性静风稳定性分析方法,结合高深峡谷地形下非线性风场环境的影响,对斜拉桥施工期静风稳定性进行分析研究。
通过数值模拟对比不同工况下的结构变形位移,分析得出:非线性风场对斜拉桥的施工期影响较大,其中非线性风场中决定因素是非线性风攻角;斜拉桥最大单悬臂状态为施工期最不利状态;斜拉桥施工期最不利状态比成桥期更容易发生静风失稳;斜拉桥悬臂长度相同的情况下,单悬臂比双悬臂的静风稳定性更高。
【总页数】5页(P313-316)
【作者】李秀飞;颜鸿仁
【作者单位】中核华泰建设有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.某双塔斜拉桥三维静风稳定性分析
2.S形曲线斜拉桥非线性静风稳定性分析
3.基于ANSYS的斜拉桥静风稳定性及脉动风抖振分析
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5.山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析
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斜拉桥静风稳定分析
摘要：随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视。
本文笔者通过线性方法和非线性方法对斜拉桥静风稳定性进行阐述分析，以供参考。
关键词：斜拉桥；静风稳定；线性分析；非线性分析
abstract: with increasing span cable-stayed bridges, aerostatic instability phenomenon has aroused wide interest. in this paper, the author by linear method and nonlinear method is analyzed on static wind stability of cable-stayed bridge, for reference.
key words: cable-stayed bridge; static wind stability; linear analysis; nonlinear analysis
0 引言
风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，近十几年，桥梁建设进入了大跨度时代，随着理论的发展，材料和施工方法的进步，斜拉桥、悬索桥的跨径的跨径越来越长。
斜拉桥具有“塔高，跨长，索长、质轻、结构柔和阻尼弱”的特点，从而导致风荷载对桥梁安全、舒适性有着重要影响。
风对桥梁主要有静力作用和动力作用，本文主要结合工程实例分析静力风荷载对混凝土主梁的斜拉桥的影响。
静风响应指结构在静力风荷载作用下的内力、变位和静力不稳定现象，主要体现为结构的刚度和静风稳定性。
斜拉桥在静风荷载的作用下有可能发生横向屈曲失稳和静力扭转发散失稳。
主梁在静风
荷载下发生偏移和扭转，当风速达到横向屈曲临界风速时，主梁的变形由原来的侧向弯曲突然变成在侧弯状态下的竖弯和扭转的耦
合变形，结构失稳，丧失承载力；当风速达到静力扭转发散临界风速时，主梁由于升力矩过大导致扭转角剧增而产生倾覆现象。
目前斜拉桥静风失稳临界风速计算中采用的方法主要是线性的
规范方法和非线性方法两种。
1 线性方法
线性方法是一种基于二维扭转发散模型的简化方法，简化之处主要在于：①结构的扭转恢复力非线性模型按照线性模型处理，同时静风荷载对攻角的非线性函数简化为线性函数；②将实际的弯扭耦合失稳简化为单一的扭转模态失稳；③未考虑加劲梁的三分力沿桥轴线方向的分布。
目前《公路桥梁抗风设计规范》（jtg/td60.01.2004）（文献[1]）即采用这种方法计算悬索桥和斜拉桥的横向屈曲临界风速和静力
扭转发散临界风速。
神农溪特大桥是一座主跨为320m的预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，主梁宽27.3m、高3.0m。
混凝土宝石型塔高约120m，塔墩高约72m，桥塔总高约192m。
1.1 静力扭转发散临界风速
斜拉桥的静力扭转发散临界风速可按规范中述公式计算：
（1）
（2）
=10.25；=13.65；= 1.001 （3）
计算可得斜拉桥静力扭转发散临界风速远大于200m/s。
虽然线性方法计算简单方便，但是随着斜拉桥跨径的增长，其计算结果与实际结果相差较大。
故对大跨径斜拉桥使用非线性方法更精确。
2 非线性方法
在计算静力扭转发散风速时，为全面考虑结构与气动力的非线性，有必要建立全桥的三维有限元模型进行静风稳定的精细化计算，分析中考虑如下因素：①在一定风速的静风荷载作用下，加劲梁扭转引起有效攻角改变，三分力系数随之变化，进而静风荷载变化，如此反复，充分反映静风荷载对攻角的非线性；②由于有效风攻角沿桥轴线方向变化，从而静风荷载沿桥轴线方向是变化的，反映出静力风荷载的空间分布。
2.1计算过程
神农溪大桥的静风响应非线性计算采用风洞试验和数值分析相结合的方法：根据节段模型静力三分力试验结果并用有限元分析软件进行全桥非线性静力分析，计算主梁在不同风速作用下的位移和转角，得出该桥的静力扭转发散临界风速，计算过程如图所示。
图1静风有限元分析框图
2.2 斜拉桥各部分构件的风荷载
2.2.1 主梁
如式（4）、（5）（6）所示，作用在加劲梁上的风荷载有阻力、升
力和扭转力矩，有限元分析时在体轴坐标系中加载，正负号规定如图2所示。
2.2.2 桥塔、斜拉索
根据文献[1]4.4.1的规定，桥塔、斜拉索的静风荷载按下式计算：（7）
式中：
—分别为桥塔、斜拉索和桥墩的设计基准风速（m/s），根据文献[1]3.2.1的规定，风速沿竖直高度方向上的分布可按下式计算：（8）
根据文献[1]4.2.1的规定静阵风风速：
（9）
2.3 计算模型
图3 全桥有限元模型
图4 静力三分力系数
2.4 计算风荷载作用下桥梁位移
通过有限元软件计算不同风攻角下桥梁各构件的位移响应随主
梁设计风速的变化规律如图5、图6、图7和图8所示。
1）主梁的跨中扭转角
主梁跨中扭转角随主梁设计风速变化如图5、图6所示。
图5负初始攻角下风速转角关系曲线
图6正初始攻角下风速转角关系曲线
2）主梁的跨中竖向位移
主梁的跨中竖向位移随设计风速变化如图7所示。
图7 主梁跨中竖向位移
3）主梁的跨中横向位移
主梁跨中扭转角随设计风速变化如图8所示。
图8 主梁跨中横向位移
3 结论
1）根据计算结果可以知道混凝土主梁在静力风荷载作用下有良好的稳定性，在设计风荷载下满足稳定性要求。
2）从图7和图8可以看出风攻角在正负2度变化范围内斜拉桥主梁的竖向和横向位移变化很小，可以看出混凝土主梁能适应不同风环境。
3）从图5和图6中数据可以看出混凝土主梁不同等级风荷载作用下，其扭转角角度很小，从而可知主梁有着良好抗扭刚度。
正初始攻角风对主梁更具有危害性
根据计算结果可知混凝土主梁有着良好的静力风稳定性，适用于
一些风荷载比较大的地区
参考文献
[1]项海帆．jtg/td60.01.2004公路桥梁抗风设计规范[s]．北京：人民交通出版社，2004
[2] 《神农溪大桥节段实验报告》
[3]陈政清．桥梁风工程[m]．北京：人民交通出版社，2005。