空间缆索体系悬索桥动力特性分析
空间缆索悬索桥的主缆线形分析
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! " ! 主缆单元 主缆假定为小应变理想柔性索， 其材料满足虎 克定律， 且其泊松效应可忽略不计， 因此， 主缆可用 弹性悬索单元模拟! 当节间只有沿其无应力长度均 布的自重作用时， 弹性悬索 （见图 " ） 的基 本 公 式 &
［ ］ ’ 为
! 分析模型
空间缆索悬索桥的主缆， 在自重和吊索力的共 同作用下， 两吊点间的缆段为与桥轴线有一夹角的 铅垂面上的悬链线， 而不同的缆段这个角度也不同， 整根缆索不可能在一个倾斜的平面上， 因此， 主缆线 形计算时必须采用三维模型， 否则， 主缆线形的误差 不仅影响到主缆的下料长度， 还影响到吊索的下料 长度， 最终也就影响成桥时吊索的拉力 （在吊索长度 无法调整或调整量很小时） ， 从而又反过来影响主缆 的线形， 两者之间存在耦合效应； 与传统悬索桥的另 一个区别是， 空间缆索悬索桥的索夹安装除了给出 沿主缆长度方向的位置外， 还需提供每个索夹的安
空间缆索悬索桥的主缆线形分析
!， 罗喜恒’， 肖汝诚’， 项海帆’
（ 同济大学 桥梁工程系， 上海 ! ； 同济大学 建筑设计研究院桥梁工程设计分院， 上海 ! ） ’ * " " " ( ! ! * " " " ( !
摘要：采用空间分析模型， 考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响， 采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状 态和空缆状态主缆线形进行分析， 然后通过算例验证了所提方法的正确性* 计算表明， 该方法具有使用方便、 计算 速度快、 精度高等优点， 并适用于多跨空间缆索悬索桥、 纵桥向斜吊索及常规悬索桥* 关键词：悬索桥；空间缆索；主缆线形；鞍座 中图分类号： ;& & % * ! < 文献标识码： = 文章编号： （ ） " ! < # $ # > & ? ! " " & ’ " $ ’ # & ( $ " )
悬索桥的受力分析与施工控制
悬索桥的受力分析
主缆分析（悬链线分析理论）
7）令ΔH’＝H中－ H边，以H－ ΔH’对中跨、边跨进行迭代计算，直到前 后两次ΔH 的绝对差值小于容许小值ε 。则认为全部计算段的迭代完成。 8）求解主缆成桥线形节点数据：S=∑si ， S0=∑s0i ，xi=xi-1+li ， yi= yi-1+ci 。
顶推法施工是大跨度自锚式悬索桥 加劲梁架设中常用的方法。施工速 度快，不影响通航；但加劲梁线形 控制难度较大。
悬索桥类型及施工特点
悬索桥的施工特点（自锚式悬索桥）
平胜大桥吊杆张拉法体系转换
三汊矶大桥顶升加劲梁法体系转换
平胜大桥吊杆上部采用销接式，下端 穿过梁体。利用接长杆进行吊杆的张 拉，使加劲梁的荷载传递到主缆，吊 杆张拉完成后，即完成体系转换。
悬索桥类型及施工特点
悬索桥的施工特点（自锚式悬索桥）
自锚式悬索桥一般采用先梁后缆的施工工序。 其特征性的施工工序如下：
索塔、桥墩施工 加劲梁架设 主缆架设、吊杆张拉 二期恒载施工
加劲梁架设方法
支架法施工（适用通航要求低）
如国内抚顺天湖大桥、浙江北关大桥
顶推法施工（适用通航要求高）
如国内长沙三汊矶桥、佛山平胜大桥
4）重复进行步骤1）~3)的迭代，直到│ Δ S0│< ε，则认为计算段初次迭 代完成，计算边界水平力H及矢高c。 5）计算ΔL=（ H中－H边）△Ｇ， △Ｇ表示索塔在单位力作用下的变形 量，令中、边跨的长度l＝ l- ΔL，重新进行中、边跨的迭代分析，直 到│ Δ L│< ε。则认为全部计算段的迭代完成。 6）此时，就可以计算得到索鞍预偏量∑ΔL和空缆预抬量c－f 。
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。
大跨度悬索桥的动力特性分析研究
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。
独塔异形悬索桥静力及动力性能分析
独塔异形悬索桥静力及动力性能分析独塔异形悬索桥静力及动力性能分析引言：悬索桥作为现代桥梁工程中一种重要的桥梁形式，在跨越河流、峡谷等场地中起到了巨大的作用。
而独塔异形悬索桥是悬索桥中一种较为特殊的形式，它以其独特的结构形态和卓越的技术性能而备受瞩目。
本文旨在对独塔异形悬索桥的静力及动力性能进行深入分析，以期对其设计、建造和运行提供参考和指导。
一、独塔异形悬索桥的结构形态独塔异形悬索桥采用了一根主悬索和多根斜拉索交织组成的结构形式，主悬索呈S型或Z型，塔身造型独特，整体形态美观大方。
该桥悬索设计在主悬索两侧布置了多根辅助悬索，这种设计赋予了悬索桥更高的刚度和抗风性能。
通过这种结构形态的优化设计，独塔异形悬索桥能够充分发挥材料的强度和刚度特性，同时确保桥梁的稳定性和安全性。
二、独塔异形悬索桥的静力分析1. 荷载分析：独塔异形悬索桥在承受荷载时，主要考虑自重、活载和风荷载等因素。
通过深入分析桥梁所受荷载的大小及分布情况，可以计算出主悬索、斜拉索和塔身等结构元件的内力和应力状况。
2. 内力计算：根据悬索桥的静力平衡条件，可以采用等截面法对独塔异形悬索桥的内力进行计算。
通过等截面法，可以有效地计算各个结构元件受力情况，包括主悬索的受力状态、塔身的内力分布等。
3. 力学稳定性分析：独塔异形悬索桥中主要考虑桥塔和主悬索的稳定性。
通过分析主悬索与斜拉索、塔身等之间的相互作用，可以确定桥梁的力学稳定性。
这包括塔身的倾覆稳定性、主悬索的锚固稳定性等。
三、独塔异形悬索桥的动力分析1. 风振分析：独塔异形悬索桥在面对风荷载时容易发生颤振现象，因此风振分析是非常重要的一项工作。
通过数值模拟和试验方法，可以得到桥梁在不同风速下的振动频率和振幅，以及桥梁的阻尼等重要参数。
2. 地震响应分析：独塔异形悬索桥作为一种重要的交通设施，需要在地震发生时保证其结构的安全性和可靠性。
通过模拟地震波的输入，可以对桥梁的地震响应进行分析，并评估桥梁结构在地震作用下的可靠性。
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。
悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法
悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法一、原理悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。
由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。
假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。
这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。
老的悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。
现代的悬索一般是多股的高强钢丝。
二、结构悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。
现代悬索桥，是由索桥演变而来。
适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。
是大跨径桥梁的主要形式。
悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。
悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。
1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。
悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。
三、性能按照桥面系的刚度大小，悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。
柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小，在车辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S 形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般用作临时性桥梁。
刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强，刚度较大。
加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。
除以上形式外，为增强悬索桥刚度，还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式，但构造较复杂。
桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。
英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之意，故也有译作“吊桥”的。
“吊桥”的悬挂系统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键杆做成的，故译作“悬索桥”不能涵盖这一类用桥。
悬索桥及斜拉桥的分类、构造、受力特点及设计要点
Marian Bridge (the Czech Republic)
span=123.3m，pylon=75m
Sunshine Skyway Bridge (USA 1987)
span=366 m
Sunshine Skyway桥位于佛罗里达州，系独柱式单面索双塔斜拉 桥。主跨365.76米，全长8851米，1987年建成通车。该桥最大 特点是采用迎风面积较小的独柱塔和该桥所设的防撞设施。
Oresund Bridge
Oresund桥是一座跨越了Oresund海峡的公铁两用桥，连接了丹 麦首都哥本哈根和瑞典的城镇。这座桥有世界上最长的490米的 斜拉桥主跨。全桥长7845米，近似的等于丹麦和瑞典之间的距离。 Oresund桥在2000年7月的一个星期五通车的。
Oresund Bridge
斜拉桥
塔柱——承担锚固区传来的重力 主梁——承担斜拉索水平力、承担活载弯矩 斜拉索——将主梁承担的荷载传递到塔柱或基础
二、悬索桥和斜拉桥的设计要点
1、悬索桥的设计要点
悬索桥的设计顺序一般可以分为两部分考虑；先考虑主 缆及加劲梁的设计，然后根据已决定的主缆及加劲梁体 系考虑桥塔的设计。
1）加劲梁：拟定悬索桥的形式、选择边孔与主孔的跨 度比等； 2）主缆：确定主缆的垂跨比等 3）桥塔：确定桥塔的构架形式等
大缆以as法（空中送丝法）或ppws法（预制束股法）制 造，美国、英国、法国、丹麦等国均采用as法，中国、日本 采用ppws法。
塔架型式一般采用门式框架，材料用钢和混凝土，美国、 日本、英国采用钢塔较多，中国、法国、丹麦、瑞典采用混 凝土塔。
加劲梁有钢桁架梁和扁平钢箱梁，美国、日本等国用钢桁 架梁较多，中国、英国、法国、丹麦用钢箱梁较多。
刚性悬索桥动力特性分析
建立三维空间模型， 运用子空间迭代法计算出该桥结构的自振频率和振型。重点分析了加劲弦、 吊杆刚度以及
桥面板质量等参数 的改变对结构 自振频率 的影响。分析结果 为该 新型 桥型在今 后 的设 计 中提供动 力特性 方面
的数据依据 和参考 。
关 键 词 ： 刚性 悬 索 ； 空 间 迭 代 法 ； 子 自振 频 率 ； 型 ； 力 特 性 振 动
悬索 和刚性 吊杆 ， 其结构受力复杂 。
目前 ， 国内学者对悬索 桥 的动 力特性进行 了
很 多研 究 Ｊ 但绝 大 多 数 都 是 针 对 传 统 的 柔 性 ， 悬 索桥 ， 刚性 悬 索 桥 这 种 新 型 桥 型 的 动 力 特 性 对
桁架 ， 桁高 ｌｒ， 间长度 ８ 中间支点 处上加 Ｏ 节 ｅ ｍ，
根据各杆件 的动力特性 ， 采用 Ｍ ｄｓＣｖ 建 ｉ ／ ｉｌ ａ ｉ
立 全 桥 三 维 空 间 模 型 ， 劲 梁 、 塔 和 主桁 均 采 加 桥
・
８・
２ １ 年第 ２ ０ １ 期
杨建亚
刚性悬索桥动力特性分析
总第 １２ ４ 期
横、 竖向三 向约束 的一般 支 承 ， 在两边 桁设 置横 桥向、 竖桥 向约束 的一般 支 承 ； 在另外 一个 主墩
２１ ０ １年第 ２期
广东 公路 勘察设 计
总第 １２期 ４
刚性悬 索桥 动力特性 分析
杨 建 亚
（ 广东省公 路勘 察规划设计院股份有限公司 ， 州 ５ ０ ０ ） 广 １５７
摘
悬索桥结构的动力特性分析与优化设计
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悬索桥空间静力分析
悬索桥空间静力分析摘要：对悬索桥建立空间模型进行项目齐全、内容丰富的全桥静力分析可以全面了解悬索桥的受力特性，而且对于各构件检算、乃至工程量计算都是必不可少的。
本文以武汉阳逻长江公路大桥为例详细介绍了悬索桥空间静力分析的各项内容及得出的结果。
1．概述悬索桥是以主缆受拉为主要承重构件的桥梁结构，具有跨越能力最大，受力明确，最能发挥材料强度和造价经济等特点，同时还具备整体造型流畅美观和施工安全快捷等优势。
本人作了武汉阳逻长江公路大桥的全桥空间静力分析。
阳逻大桥主跨1280m，北、南边跨分别为250 m及440m。
计算内容包括全桥竖向、纵向、侧向分析。
针对不同构件，按最不利荷载组合给出控制构件设计的内力和位移。
2．计算方法全桥静力分析采用完全非线性空间分析方法，计入几何非线性的全部因素，并自动纳入悬索桥各构件、尤其是主缆的恒载内力对结构特性的影响。
计算模型的每个结点有六个自由度，单元为空间单元，其中主缆及吊索为有初始轴力的空间杆单元。
主缆在锚碇前锚面固接，加劲梁梁端纵向位移及两个方向转角自由。
为了更全面反映本桥大跨度悬索桥的本质特征，本次计算采用空间模型。
计算采用的荷载包括汽车活载、温度荷载、风荷载。
单元图示见图1。
主梁中跨最大侧向弯距：41640t.m4．主要计算结果汇总4．1主缆拉力各工况主缆不同位置截面拉力见表1：（单根主缆）表14．2吊索拉力恒载作用下各吊索拉力基本相同，汽车活载作用时跨中吊索拉力略大于其它位置；体系温度变化时，主塔附近第一根吊索索力变化稍大于其它吊索。
吊索恒载拉力：153.7t（单索）汽车活载：46.5t（跨中）体系升温：0.5t (跨中)吊索最大拉力：200.7t4．3塔顶位移及反力各工况北塔、南塔塔顶位移及反力见表2：（单柱）表24．4加劲梁挠度计算结果各计算截面加劲梁最大挠度见表3：表3续表3表4续表2.4。
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 。
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
‘２ ‘ ６
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 ．
鸭绿江悬索桥动力特性分析
・
２ ２・
北 方 交 通
２ １ ００ຫໍສະໝຸດ 单元 ， 吊索采用 桁架单元 。 对 于 边界 约束 条件 ， 索塔 基础 和主缆 锚碇 散 索 鞍锚 固采用 固结 ， 吊索 和主梁采用 刚性连 接 ， 主缆 和
表 １ 鸭绿 江 大 桥 动 力 特 性 前 ２ Ｏ阶振 型 频 率 和 描 述
振型 自振频率 周期 振 型描 述
／ 阶次 ／ ｚ Ｈ １ ０ ０２ ９ ２ ． ５ ８ 主跨 主缆主梁横弯 １阶 ．４９ ８ ３ ２６
索塔顶采用竖直 、 水平 同位移约束 的处理方式 （ 成 桥状态 ） 。主梁与索塔横梁采用水平、 竖直方向同 位移约束， ｘ方向约束扭转。伸缩缝采用主梁梁端 施加弹性约束处理的方式。
第１ ２期
北 方 交 通
・ ｌ ２ ・
鸭 绿 江 悬 索桥 动 力 特 性 分 析
屈 国
（ 宁 省 交 通 规划 设 计 院 ， 阳 辽 沈 １０６ ） １ １６
摘
要 ： 绍了鸭绿江大桥 悬索桥设计 ， 以有限位移理论 为基础 ， 介 并 通过迭代算法计算 悬索桥 主缆的初始平衡
主跨 主缆主梁竖弯 １ 阶 主跨主缆主梁竖弯 ２ 阶 主跨主缆主梁横弯 ２阶 主跨主缆反向横弯 １阶 主跨主缆同向横弯 １阶 ＋主梁扭转
幽３
３ 悬索桥动 力特性分 析
８ ９ １ ０ １ １ １ ２ １ ３ １ ４ １ ５ １ ６ １ ７
０ ０３ ５ １． ９３ ．８３ ９ １９ ６０ ０ １ １５ ．６ ５２ ．０ ０ ９ １ ５０ ９ ０ １５ ８ ８ ６６ ５ ． １３ ７ ．６４ ３ ０ １２ ３ ７ ０５ ９ ．４ ７ ５ ．０ ９ ９ ０ １４ ９ ６ ４５ ６ ．５ １６ ．８２ ３
悬索桥的受力分析
悬索桥的受力分析一、选题在前面的presentation部分，我与张玉青同学合作完成了上海东海大桥的建模，在此次的实例分析中，我参考了《ANSYS土木工程实例应用》中的悬索桥部分，并在建模的基础上对其进行受力分析和施工过程中跨中挠度变化情况的分析。
二、实例1.问题的描述●材料性能悬索和吊杆：E=2.5e11,μ=0.1,ρɡ=1e4梁：E=3.0e11,μ=0.1,ρɡ=1e4●截面尺寸悬索：A=1吊杆：A=0.02梁：A=0.5，H=1，I=1/24●几何参数：桥长400m，双索塔，自桥面算起塔高20m。
全桥模型成对称分布。
两塔之间跨度为200m，左右塔距岸边各100m。
悬索间距为10m。
●初始条件：悬索和吊杆初应变为ε=1e-5。
●边界条件：悬索两端铰支，大梁布置成简支结构。
以上都统一采用国际单位制。
2.悬索桥结构的建模把悬索体系的主要承重结构模拟为由铰链环组成的在节点上加荷载的悬挂索链。
这种模型不但能很好地表现实际节点索链的性质，还能表现由金属丝。
股或索组成的缆的性质，由于它不具有抗弯的能力，所以用LINK180单元模拟是非常好的，计算的精度和索长度的选取有很大的关系，同时要考虑索的应力变化问题。
当给索缆装配加劲梁时，由于加劲梁还只是外荷载，不参与结构受力，所以可以将缆索结构当成是受集中荷载的体系。
荷载按照实际的情况阶段施加。
当桥建成之后，可以将缆索和加劲梁当做一个整体来分析，在条件允许的情况下可以一次性施加活载在桥上来模拟其受力分析。
三、建模过程及分析过程1.设置单元及材料参数➢定义单元类型➢定义材料属性➢实常数➢定义截面2.建模➢生成区段模型主缆单元类型为1号，材料类型为1，截面实常数R1；悬索单元类型为1号，实常数为2，桥面主梁单元类型为2号，材料类型为2号，截面实常数为1。
➢定义局部坐标在X=100处生成局部坐标系，新的坐标系代号必须大于10，再将局部坐标系设为当前坐标系，以当前坐标系的YZ面为对称面，镜像生成另一区段模型。
4.2.1悬索桥的受力特点与结构体系
桥梁工程导论
二、悬索桥的结构体系
（1）自锚式与地锚式悬索桥
自锚式悬索桥
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地锚式悬索桥
桥梁工程导论
二、悬索桥的结构与构造
（2）双链式悬索桥
桥梁工程导论
一、悬索桥的组成与结构特点
（1）悬索桥组成 主缆（main cable）、加劲梁（stiffening girder ）
、塔柱（tower）、锚碇（anchorage）构成。
桥梁工程导论
一、悬索桥的组成与结构特点
（2）受力特性 与拱的受力特性时相似，一般来说，索不承受弯矩
和剪力，只有轴力，全截面受拉。 这较之梁以受弯为主，能更有效地发挥截面全体材
主缆作为主要承重构件，承受大桥的恒载和活载，主缆 具有 非常合理的受力形式。
主梁即加劲梁只是传力部件，在材料用量和截面设计方 面， 其截面积并不需要随着跨度增大而增加。
在构件设计方面，悬索桥的主缆、锚碇和塔这三项主要 承重 构件在扩充其截面积或承载能力方面所遇到的困难则较小。
在施工方面，风险较小。
料的承载能力。
梁工程导论
一、悬索桥的组成与结构特点
（3）悬索桥的重力刚度 原本是柔性的主缆因承受桥面系巨大恒载——重力而
产生的抵抗（活载所致）变形的刚度，称为重力刚度。
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（4）悬索桥的优势 同其它桥式相比，当跨度越大时，悬索桥的优势越明显:
空间刚性缆索自锚式悬索桥结构体系研究
Value Engineering———————————————————————作者简介:戚瑞琨（1989-），男，满族，河南郑州人，中级工程师，硕士研究生，研究方向为桥梁设计与检测加固。
0引言空间刚性悬索桥是一种具有高度美学价值和工程挑战的桥梁设计。
目前，世界各地都有不少空间刚性悬索桥的建造和设计案例。
这些桥梁通常采用先进的结构设计和工程技术，以实现长跨度、高承载能力和独特的外观特点。
空间刚性悬索桥在世界各地被广泛应用，为城市的交通运输和旅游业发展提供了重要的支持。
设计和建造这种桥梁需要高水平的工程技术和实践经验，以确保其结构和稳定性符合安全标准。
跨河或上跨快速路的人行桥由于景观及净空的要求，梁高较小，但此种桥梁的跨径通常较大，这就造成了桥梁高跨比过小，刚度不足，振动问题突出。
本文以一个实际的刚性悬索桥为例进行结构的体系研究。
1结构方案1.1方案概述本桥上跨滨河东路和滨河东路东侧绿化带，是一座沟通桃园三巷片区与西侧汾河景区公园的人行专用桥，为附近居民来往于东侧居住区与西侧健身休闲公园间提供了一个安全的专用通道。
采用空间主缆刚性自锚式悬索桥上跨滨河东路，结构形式新颖。
主桥塔柱采用外翻的斜塔，刚性主缆位于斜塔平面内，斜塔犹如一双张开迎客的双臂，增加了结构的空间感。
残疾人士近期可通过附近下穿地道通过滨河东路，远期可根据无障碍通行需求在人行桥两侧设置电梯，满足无障碍设计要求。
1.2结构设计本方案采用空间主缆刚性自锚式悬索桥，桥跨跨径为11.93+47.14+11.93m ，全长71m 。
桥梁楼梯采用“L ”形楼梯，即先沿桥梁轴向设置一跨楼梯，然后顺滨河东路落地。
总体布置如图1所示。
桥面系采用30mm 火烧花岗岩铺地形式；桥面栏杆采用不锈钢艺术栏杆形式，既美观又轻盈，使得整体结构极具现代气息。
1.2.1主缆空间主缆采用400×400mm 钢箱断面，主缆在主跨范围内位于主塔的斜平面内，与水平面成75°夹角，在边跨主缆锚固于主梁上。
悬索桥论文：悬索桥自锚式静力特性动力特性有限元约束体系
悬索桥论文：悬索桥自锚式静力特性动力特性有限元约束体系【中文摘要】当今,自锚式独塔悬索桥以其美观、经济的桥型以及灵活选址等特点而越来越受到青睐。
本文结合工程实际,研究了自锚式独塔悬索桥部分结构参数变化对结构静力特性和动力特性的影响。
研究内容如下:(1)结合有限位移理论,针对自锚式独塔悬索桥的受力特点,对一座跨度40.12m+5×40m+30m+350m+30m+30m的自锚式独塔悬索桥进行了详细分析。
(2)结合有限元理论,建立自锚式独塔悬索桥的空间模型,通过改变其桥面的各项参数,对其自振特性进行分析。
(3)通过分析有限元模型,通过自锚式独塔悬索桥的一些不一样的构造限制条件进行静态和动态的力学计算,将限制条件对桥梁的构造的影响进行了有效地分析。
(4)对自锚式独塔悬索桥的构造在抗震系数这个限制条件下进行了比对分析。
着重对塔、梁弹性约束体系进行了分析研究。
【英文摘要】Nowadays, self-anchored and single-tower suspension bridge is more and more popular for its beautiful,economic bridge type and smart address. To make sure that the self-anchored and single-tower suspension bridge is safe during its construction and operation period, and make the design of bridge more economic and reasonable. Combine with practical engineering, this paper researched the influencebetween variation of structural parameter to the structural static and dynamic character. The research content as following:(1) Unifies the finite displacement theory, in view of from anchor type alone tower hanging bridge’s stress characteristic, to a span 40.12m+5×40m+30m+350m +30m+30mhas carried on the multianalysis from the anchor type alone tower hanging bridge.(2) Unifies the finite element theory, establishes from the anchor type alone tower hanging bridge’s space model, through changes its bridge floor each parameter, carries on the analysis to its self oscillation characteristic.(3) Through the analysis finite element model, through carries on the static state and the dynamic mechanics computation from the anchor type alone tower hanging bridge’s some dissimilar structure limiting condition, the limiting condition will carry on to the bridge structure’s influence has analyzed effectively.(4) To carried on from the anchor type alone tower hanging bridge’s structure under the earthquake resistance coefficient this limiting condition has compared to analyzes. To the tower, the Liang elastic restraint system has conducted the analytical study emphatically.【关键词】悬索桥自锚式静力特性动力特性有限元约束体系【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1同时提供论文写作定制和论文发表服务.保过包发.【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。
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２０１８年 第 ３期 刘玉辉等：空间缆索体系悬索桥动力特性分析
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Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ进行悬索桥建模分析流程：悬索桥 初始平衡状态分析→精确平衡状态分析→悬索桥成 桥阶段分析→悬索桥施工阶段分析［４］。
（１）主缆及吊杆模拟 主缆及 吊 杆 采 用 只 受 拉 梁 单 元 模 拟。Ｍｉｄａｓ／ ｃｉｖｉｌ进行悬索桥主缆找形时，采用的是日本 Ｏｈｔｓｕｋｉ 博士提出的节线法完成初始平衡状态分析。通过悬 索桥找形，得到各单元的初始内力，并形成初始应力 刚度矩阵。在进行悬索桥找形时，考虑几何非线性 中的结构大位移效应及主缆、加劲梁、索塔的初始内 力效应。 （２）加劲梁及桥塔模拟 加劲梁、桥 塔 采 用 梁 单 元 模 拟。加 劲 梁 采 用 Ｑ３４５钢材，桥塔采用 Ｃ４０混凝土。 （３）边界条件 主缆在桥塔顶使用刚性连接，仅约束 ｙ、ｚ方向 平动。主缆两端及桥塔底部使用固结约束。加劲梁 在桥塔处使用刚性连接，但仅约束竖向位移。 （４）质量约束 质量控制参数中采用一致质量，并将自重转化 为质量。二期恒载通过利用荷载转换为质量来考虑 其对质量矩阵的贡献。 利用 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ建立模型，全桥共 １０９５个节 点，２１５２个单元。全桥模型如图 ２所示。
７ ０．６２３３
主缆二阶反对称横弯
８ ０．６２４０
主缆二阶对称横弯
９ ０．８５５５
二阶反对称横弯 ＋ 主缆二阶反对称横弯
２ 有限元模型的建立 采用 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ２０１５桥梁软件进行分析，考
虑空间特性，建立了地锚式悬索桥三维空间有限元 模型。采用 Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ进行悬索桥静力分析时，主 要优点是建模方便，能够连续地计算模拟整个施工
过程，可以得到与实际情况接近的各构件内力和线 形状态的累加结果；其次能够方便地模拟混凝土收 缩徐变和预应力［３］。但 Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ也存在一些问 题，其无法模拟主缆与鞍座切点的自动修正，不能方 便计算顺桥向吊杆倾斜。
摘 要：以凤凰山古城里悬索桥为工程背景，介绍了采用 Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ软件进行悬索桥建模的过程。并以横向 矢跨比为参数，建立了 ７个模型来对比分析不同横向矢跨比对悬索桥空间特性的影响。结果表明，随着横向矢跨 比的增大，在一定范围内主梁的横弯和扭转频率均在变大，即横向及扭转刚度都在增强；而当横向矢跨比大于 １／ １００时，缆索的空间特性几乎不存在；此外，具有空间缆索的悬索桥横向刚度较传统平面缆索的大。 关键词：悬索桥；Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ；空间缆索体系；动力特性
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北 方 交 通 ２０１８年 第 ３期
文章编号：１６７３－６０５２（２０１８）０３－００１２－０４ ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｊｔ．２０１８．０３．００４
空间缆索体系悬索桥动力特性分析
刘玉辉１，沈子烨２，冯康平２
（１．河南省交通规划设计研究院股份有限公司 郑州市 ４５００００；２．石家庄铁道大学 土木工程学院 石家庄市 ０５００４３）
中图分类号：Ｕ４４８．２５ 文献标识码：Ｂ
空间缆索体系悬索桥是由主缆和吊杆组成的三 维复杂几何体系。在其竖向承载力变化不大的情况 下，使缆索系统的横向承载能力、桥梁的横向刚度和 抗扭刚度得到了显著提高，因此空间缆索体系悬索 桥得到了越来越多的应用［１－２］。
近些年，国内外学者对悬索桥动力特性方面的 研究取得了一些研究成果，但大多限于传统的平行 索悬索桥［２］。 空 间 缆 索 体 系 悬 索 桥 由 于 吊 索 在 横 桥向为倾斜，与传统平行索悬索桥相比，动力性能会 产生很大的不同，但目前对空间缆索体系悬索桥的 动力特性研究很少。以凤凰山古城里人行玻璃悬索 桥为工程背景，利用 Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ软件，建立有限元 模型，分析空间缆索体系悬索桥动力特性。 １ 工程概况
图 ２ Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ整桥模型
３ 不同横向矢度对悬索桥动力特性的影响 利 用 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ进 行 特 征 值 分 析，采 用
Ｌａｎｃｚｏｓ法，提取前 １０阶振型，见表 １。 空间主缆悬索桥当吊索竖向力及主缆控制点坐
标给定后，主缆的线形便是唯一确定的。横向矢跨 比，即主缆在水平面上投影垂度与桥跨的比值，其不 是任意给定的，而是与一组确定的吊索竖向分力对 应。通过改变桥塔处主缆控制点的坐标，获得不同 横向矢跨比，研究不同横向矢跨比对悬索桥的动力 特性 的 影 响。横 向 矢 跨 比 分 别 取 １／１０、１／５０、１／ １００、１／２００、１／３００、０。
利 用 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ进 行 特 征 值 分 析，采 用
表 １ 古城里人行悬索桥基本动力特征
模态阶数 频率
பைடு நூலகம்
振型
振型描述
１ ０．２７０６
一阶对称横弯
２ ０．３１３４
二阶反对称竖弯
３ ０．３１３８
三阶正对称竖弯
４ ０．６００７
主缆一阶对称横弯
５ ０．６００７
二阶反对称横弯
６ ０．６２０８
四阶反对称竖弯
抗风缆计算跨度为 １８３ｍ，矢跨比为 １／３０，与桥 面（水 平 面）的 夹 角 为 ３０°，单 侧 抗 风 缆 采 用 １根 Φ７６ｍｍＺＡＡ６－３７ＷＳ－ＩＷＲ１７７０钢 丝 绳；抗 风 拉 索 采用 １根 Φ１０ｍｍＺＡＡ６－７＋ＦＣ１７７０钢丝绳。桥梁 总体布置图如图 １所示。
图 １ 桥梁总体布置图（单位：ｍ）
凤凰山古城里人行悬索桥为双塔三跨悬索桥，
桥跨分布为 ３０ｍ＋１８３ｍ＋６１ｍ，桥面宽度为 ４．４ｍ。 主缆采用 空 间 缆 索 面，横 桥 向 中 心 间 距 在 塔 顶 为 ６０ｍ，在跨中为 ４．４ｍ。主跨垂跨比为 １／１０。每根 缆索采用 ７根 Φ５０ｍｍ的 ＺＡＡ６－３７ＷＳ－ＩＷＲ１８７０ 钢丝绳。吊杆采用两根 Φ４０ｍｍ的钢筋，顺桥向间 距为 ３ｍ。加劲梁采用拼装桁架结构，由 Ｑ３４５横梁 和纵梁 组 成。桥 塔 采 用 门 架 式 混 凝 土 结 构，塔 高 ２５ｍ，在顺桥向采用变截面，桥塔底截面 ３ｍ×１ｍ，塔 顶截面为 １．８ｍ×１ｍ，按线性变化，实心结构。