斜拉桥的稳定性分析-pc梁
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。
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。
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥是一种以斜拉索支撑主梁的桥梁结构，其合理成桥状态是指在斜拉桥建成后，其结构应该达到的一种理想状态，以保证桥梁的安全、稳定和经济运行。
斜拉桥的合理成桥状态包括以下几个方面：
1. 结构稳定：斜拉桥的结构应该具有足够的稳定性，能够承受各种荷载和风载的作用，同时在地震等自然灾害下也能够保持稳定。
2. 安全可靠：斜拉桥的结构应该具有足够的安全性和可靠性，能够保证车辆和行人的安全通行，同时在发生事故时也能够保证救援和维修的便利性。
3. 经济性好：斜拉桥的结构应该具有良好的经济性，能够在设计、施工和运营过程中尽可能地减少成本和资源的浪费，同时能够实现长期的经济效益。
4. 美观性好：斜拉桥的结构应该具有良好的美观性，能够与周围环境相协调，同时能够体现出设计者的创意和技术水平。
为了达到斜拉桥的合理成桥状态，需要在设计、施工和运营过程中进行全面的考虑和规划，同时需要进行严格的质量控制和监测，确保斜拉桥的安全、稳定和经济运行。
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。
大跨度宽桥面结合梁斜拉桥主梁稳定性分析
关键词 ： 斜拉桥 ， 稳定性 ， 有限元 ， 主梁 ， 结合梁
中图分 类号 ：４ ８ ２ Ｕ ４ ．７ 文献标 识码 ： Ａ
１ 概述
５ 广州鹤 洞大桥 ， ） 主跨 ３ ０ｍ， 梁宽 度 ３ ． 双工字 钢截 面。 ６ 桥 ０ ３ｍ，
一
结合梁斜拉桥又 称叠 合梁斜 拉 桥 ， 它是 主梁 为钢 结 构 ， 面 以上 ５座桥梁均 为市 政工 程桥 梁 。本文 重点介 绍交 通部 系统 第 桥 座跨长江 的结 合梁斜拉桥——重庆江津观音岩 长江大桥 。 系为混凝 土结构 ， 梁与桥 面 系结合 在一 起共 同受 力 的斜拉 桥 。 主 结合梁斜 拉桥钢腹板较高 ， 受弯矩 、 轴力和 剪力共 同作用下 ， 由于结合梁斜拉桥 以其 所具 有相 对于 混凝 土斜 拉桥 和 钢斜拉 桥 其钢 主梁 的稳 定性 问题 是需要重 点关注 和研 的跨越能力大 ， 梁高小 ， 观轻巧 ， 钢量少 ， 外 用 自重轻 ， 价合理 ， 造 施 处 于复杂应力 状态 ， 究 的。结构 的稳定 问题 可分 为两类 ： 一类 稳定 和第 二类 稳定 。 第 工简便的优点 ， 在近十几年来得 到了迅猛 的发展。 目前我 国跨度较 工程实际结构 由于存 在 初始 缺 陷 ， 稳定 问题 属第 二 类稳 定 问 其 大的结合梁桥主要 有 ：） １南浦大桥 ， ４３ｍ 桥梁宽度 ３．５ 主跨 ２ ， Ｏ３ ｍ， 但也不 能忽视第一类稳定问题 ， 原因是 ：） １ 某些 结构的极 限荷 双工字钢截面 ；） ２ 杨浦 大桥 ， 主跨 ６２ｍ， ０ 桥梁宽度 ３ ．５ｍ， ０ ３ 双小箱 题 ， 载与分支屈 曲荷 载很 接近 ；） ２ 某些结构 的屈 曲后强 度远远大于分 梁截 面 ； ） ３ 徐浦 大桥 ， 主跨 ５ ０ｍ， ９ 桥梁 宽度 ３ ． 双小箱 梁截 ５ ８ｍ， 支屈曲 ； ） ３ 第一类稳 定问题 体现 了结构 的刚度特征 。本 文通 过有 面 ；） ４ 青州闽江大桥 ， 主跨 ６ ５ｍ， 梁宽度 ２ 双工字钢截 面 ； ０ 桥 ８ｍ， 得到被测 结构 的 自振 特性 。本 实验 将加速 度传 感器 放置 于跨 铁 定 程度上引起桥梁 的动力特性 发生变化 ， 并且 由于桥梁设计 时动 路大桥 ４ ０ ｍ跨 度处及跨公路大桥 ２ ５ｍ跨处 ， 加速度 时程 曲线和 力反应 只能在 一 定程度 体现 基础 及岩 层或土 层对 上部桥 梁 的影
斜拉桥静风稳定分析
斜拉桥静风稳定分析斜拉桥是一种广泛应用于大型桥梁建设中的结构形式。
斜拉桥在高度、跨度、结构性能和建设工艺等方面都具有许多优势，成为了现代化城市的象征之一。
然而，斜拉桥在建设过程中，不能忽略风的影响。
为了保证斜拉桥的稳定性，在设计斜拉桥时必须进行静风稳定性分析。
本文将对斜拉桥静风稳定性分析进行详细介绍。
一、斜拉桥的建设及结构形式斜拉桥是一种跨度大、高度高的桥梁形式。
相对于悬索桥和梁桥，它具有以下优点：（1）空间利用效率高，桥梁总重量小；（2）斜拉桥整体性好，较震动响应较小；（3）斜拉桥适用于跨度800米以上的大跨度桥梁建设。
斜拉桥主要分为单塔斜拉桥和双塔斜拉桥两种类型。
单塔斜拉桥是建造成本相对较低的一种形式，适用于中小跨度的桥梁建设。
而双塔斜拉桥具有较大的跨度和携带荷载能力，避免了单塔斜拉桥中的单点故障问题。
二、斜拉桥静风稳定性分析风是影响桥梁安全的关键因素之一。
斜拉桥因其高度和跨度较大，更为容易受到风的影响，从而对整体结构的稳定性产生影响。
因此在斜拉桥的设计过程中，必须对斜拉桥的静风稳定性进行分析。
静风稳定性分析主要是对斜拉桥在无风荷载和静止风荷载作用下的结构稳定性进行分析，其中静止风荷载是指风速不高于27mph的风力。
1.斜拉桥的静态稳定性斜拉桥的静态稳定性是指在不进行任何振动或非线性行为时斜拉桥是否处于平衡状态。
对于单孔连续斜拉桥，其静态稳定性由桥梁的几何形状和支座状态决定；而对于双塔斜拉桥，其静态稳定性由塔和桥箱整体的平衡状态决定。
2.斜拉桥的动态稳定性斜拉桥在静止风荷载给予作用后，其会产生风振效应。
因此、在设计斜拉桥时，必须对斜拉桥的风振效应进行分析，以确保斜拉桥的动态稳定性。
风振效应的产生、传递和影响都是由空气极化、结构振动和空气阻尼等多种因素共同作用形成的。
因此、在设计斜拉桥时，必须对斜拉桥的空气动力、结构振动和阻尼等因素进行合理的分析和研究。
3.斜拉桥的直线稳定性斜拉桥的直线稳定性指斜拉桥的各构件、部位在受到静止风荷载和动态风荷载后，是否能够保持平衡状态, 从而避免斜拉桥出现异常形变和塑性变形。
宽幅拱形独塔PC斜拉桥力学行为分析
宽幅拱形独塔PC斜拉桥力学行为分析
为探究宽幅拱形独塔PC斜拉桥的力学行为特征,本文针对宽幅拱形独塔双
索面PC斜拉桥的结构特点,基于梁格法进行了PC箱梁空间分析、无端锚索独塔体系的整体刚度及稳定性分析。
针对背景工程主梁采用的逐段支架现浇施工法,分析了整体支架现浇、悬臂挂篮现浇施工及逐段支架现浇三者之间在施工过程及成桥状态的主梁线形及受力状态,对成桥状态还进行了结构动力分析。
主要研究内容如下:(1)针对宽幅PC箱梁,研究不同截面划分方式对纵梁计
算结果的影响,并以相同的简化结构,对比分析梁格法与实体单元法在应力、挠度、轴向压缩计算结果的区别,证明了应以各纵梁中性轴高度一致为原则根据箱梁腹板进行划分,且梁格法对于纵梁挠度计算的准确性高于应力计算;宽幅PC箱梁的横梁受到不可忽略的面外弯矩的影响,受力情况复杂,设计时因注重预应力在横
向布置的均匀性,减小横梁受到的面外弯矩作用。
(2)在不改变施工初张拉力的前提下,从拉索索力、主梁应力及施工预拱度设置方面进行了分析研究。
证明了在不改变施工初张拉力的前提下,将逐段支架现浇施工变更为整体支架现浇施工具备可行性,在受力及变形方面受到影响较小,可以忽略;将逐段支架现浇施工变更为悬臂挂篮现浇施工具备可行性,但需要改变预拱度设置及成桥后调索方案。
(3)研究活载作用下塔顶偏位及主梁最大挠度对塔柱刚度、拉索刚度、主梁刚度的敏感性,以及对不同位置拉索刚度的敏感性。
证明了改变主梁截面腹板高度的优化设计方案为改善整体刚度的最佳方案。
(4)结构动力分析。
通过成桥后的结构动力特性分析,论证其抗风、抗震能力。
(5)对研究内容进行了总结,并对后续研究进行了展望。
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。
独塔双索面斜拉桥抗震及抗风稳定性分析
．３２６．箩３４卷藿弩曹山西建筑００８２车７月ｕＪ口恁巩４）过渡墩及基础：过渡墩采用三柱式桥墩，Ｌ形钢筋混凝土盖梁，盖梁上设有一个单向活动盆式橡胶支座和一个双向活动盆式橡胶支座。
基础采用“王”字形承台，｛，１８０ｃｒｎ钻孔灌注桩基础。
１结构动力特性计算分析１．１计算模型计算模型是动力特性和动力分析的关键，它应尽量与实际结构相符。
为了能更真实地反映桥梁实际结构，本桥动力特性分析全桥计算模型采用空间有限元分析模型。
主梁、桥塔及过渡墩均采用空间梁单元，斜拉索采用索单元模拟，斜拉索垂度引起的非线性影响按Ｅｒｎｓｔ等效弹性模量法予以折减。
边纵梁和横梁的刚度计入桥面板的有效刚度，桥面板及桥面系质量等效折算给边纵梁和横梁，边孔１／２简支梁质量堆聚于过渡墩盖梁上，成桥状态计算图式如图１所示。
围ｌ成桥状态计算图式１．２动力特性分析成桥状态结构动力特性见表１。
表１成桥状态结构动力特性振型特征∞／ｒａｄ·ｓ—ｌｌ他Ｔ／ｓ主粱竖向弯曲振动２．０３９００．３２４５３．０８１６主梁扭转并伴有桥塔横向弯曲振动４．１４９２０．６６０４１，５１４３主粱竖向弯曲振动４．１８２５０．６６５７１．５０２３主粱扭转并伴有桥塔横向弯曲振动４．１８３７０．６６５９１．５０１８桥塔横向弯曲并伴有主梁扭转振动４．８１２７０．７６６０１．３０５５主粱横向弯曲振动５４３７６０．８６５４１．１５５５主粱竖向弯曲振动５．４６５２０．８６９８１．１４９７主梁竖向弯曲振动６．２２１ｌ０．９９０１１．０１００注：扭弯频率比Ｅ＝，２／ｆｌ＝２０３５从动力特性分析计算结果来看：１）主梁边纵梁＋横梁＋整体桥面板体系具有较大的横向刚度。
在振型表现上，主梁的横弯在第六阶才出现。
２）尽管本桥桥跨较大，桥塔较高，由于采用了塔、墩、梁固结体系和双面密索的斜拉索体系，使得整个结构具有较高的竖向刚度，同时使抗扭刚度较差的主梁仍具有较高的扭转自振频率和扭弯频率比，从而提高了桥梁的抗风稳定性；从抗震没计角度来说，采用塔、墩、梁固结体系对桥面以上塔柱的抗震有利，不利的方面是增加了桥面以下塔柱的地震力。
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.
大跨径斜拉桥各阶段稳定性分析
５ ０ １ ． ａ随墩 高变化 ）式 中 ： 为 风 载体 形 ２ ￣８ １２Ｐ （ ， Ｋ１
系数 ； 为 风压 高 度 变 化系 数 ； Ｋ。 Ｋ。为地 形 、 理 条 地 件 系数 。
中 图 分 类 号 ： ４ ．７ Ｕ４ ８ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １ ２ ６ （ ０ ６ ０ —０ ２ —０ １ ７ — ６ ８ ２ ０ ）４ １６ ３
随着斜 拉桥 跨 径 与塔 高 的 不断 增 大 ， 施 工 和 其 成桥 过程 中 的稳 定 性 成 为 设计 的 主 要 控 制 因 素 之
性 索 Ｚ ２ ｌ ＮＣ ９
０ 性 Ｊ９ 索Ｓ ２ 弹 Ｃ
围 １ 北 盘 江 大 桥 立 面 布 置 围 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
１ 北 盘江 大 桥 概 况
北盘 江大 桥主 跨为 ４ ５ｍ， 高 分别 为 ２ ０ｍ、 ６ 塔 ４ １ ０ｍ， ７ 为超 大跨度 、 高塔 斜拉 桥 。大桥 初 步设 计 方
［ ］ 杜 成 斌 ， 海 霞 ， 光 恒 ．利 用 实 测 特 征 值 校 正 结 构 劲 ３ 杨 赵 度 矩 阵 ［］ Ｊ ．振动 与 冲击 ，０ ０ １ （） ２ ０ ，９４ ．
［ ］ 王修勇 ， ４ 何旭辉 ， 陈政清．斜拉索 一阻尼器系统的动力 特性分析［］ Ｊ ．长沙铁道学 院学报 ，０ １ １ （ ） ２ ０ ，９４ ．
路 与 汽 运
１７ ２
２ 荷 载有 自重 、 向风 载 和 纵 横 向风载 。基本 风压 Ｗ。 ０ ａ 桥墩横 向风压 ｗ ：４ ０Ｐ ，
— Ｋ １ Ｋ３ ｏ １ ０Ｘ （ ． Ｋ２ Ｗ 一 ． １ ０～ １ ５ ）Ｘ ． ．６ １ ３× ４ ０ ０ —
一
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。
斜拉桥桥塔结构设计与稳定性分析
斜拉桥桥塔结构设计与稳定性分析斜拉桥是一种特殊的桥梁结构，它通过斜拉索将桥面与桥塔相连，形成桥面悬挑的形式。
斜拉桥的设计和稳定性分析是桥梁工程中一个重要的环节，本文将对斜拉桥的桥塔结构设计和稳定性进行探讨。
一、桥塔结构设计桥塔是斜拉桥的重要组成部分，它不仅要承受桥面和斜拉索的荷载，还要保证整个桥梁的稳定性。
在桥塔的设计过程中，需要考虑以下几个关键因素。
1. 水平荷载的影响：桥塔在斜拉桥中起到支撑作用，需要能够承受来自桥面的水平荷载，包括风荷载和交通荷载。
因此，在桥塔的设计中需要考虑这些荷载的作用，以确保桥塔的稳定性。
2. 地基条件的考虑：桥塔的基础是直接承受桥塔荷载的部分，因此地基的稳定性对桥塔的设计至关重要。
在选择桥塔的位置时，需要对地基进行充分的勘察和分析，选择合适的地点以增强桥塔的稳定性。
3. 材料与结构选择：桥塔的材料和结构也是设计中需要考虑的关键因素。
常见的桥塔材料包括钢、混凝土等，不同材料的性能和强度也是不同的。
在桥塔的选择中，需要根据实际情况和工程要求选择合适的材料和结构。
二、桥塔稳定性分析桥塔的稳定性是设计过程中需要仔细考虑的问题。
在分析桥塔的稳定性时，需要结合以下几个关键因素。
1. 斜拉索的作用：桥塔通过斜拉索与桥面相连，斜拉索的作用对桥塔的稳定性有着重要影响。
在分析桥塔的稳定性时，需要考虑斜拉索的力学特性，包括张力、角度等因素，并结合桥塔的形状和结构来评估桥塔的稳定性。
2. 风荷载的影响：风荷载是斜拉桥常见的荷载之一，对桥塔的稳定性有着重要影响。
在分析桥塔的稳定性时，需要考虑风荷载的作用，并通过风洞试验或计算方法来评估桥塔的风荷载响应。
3. 桥塔的结构形式：桥塔的结构形式也会对稳定性产生一定影响。
不同的桥塔形式具有不同的刚度和稳定性特性，在设计中需要综合考虑桥塔的结构形式与斜拉索的力学特性，以确保桥塔的稳定性。
总结起来，斜拉桥的桥塔结构设计和稳定性分析是桥梁工程中至关重要的环节。
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。
PC斜拉桥的稳定性分析
PC斜拉桥的稳定性分析
胡隽;吴海林
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2000(2)A02
【摘要】本文利用有限元方法，将ＰＣ斜拉桥的主梁和桥塔离散成三维壳单元，用悬链线索单元来考虑斜拉索的非线性影响，对大跨度ＰＣ斜拉桥的稳定性进行了分析。
文中所建立的有限元分析方法，在大跨度ＰＣ斜拉桥的稳定性分析中具有一定的实用价值。
【总页数】5页(P567-571)
【关键词】PC斜拉桥;有限元;稳定性
【作者】胡隽;吴海林
【作者单位】北方交通大学土建学院桥梁室
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.基于时程分析法的PC斜拉桥非线性地震响应分析 [J], 何承义
2.在役PC斜拉桥合龙段拆除的整体稳定性分析 [J], 李宏江;左新黛;蒋含莞;程寿山
3.PC斜拉桥的时变分析——不定性分析 [J], 王勋文;潘家英
4.PC斜拉桥的时变分析———确定性分析 [J], 王勋文;潘家英
5.PC斜拉桥施工过程索力敏感性分析 [J], 马红健;鄢雷;罗杨
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斜拉桥的稳定性分析周超舟1,蔡登山2,吕小武3,马 森4(1.中铁大桥局股份公司施工设计事业部,湖北武汉430050; 2.中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034; 3.河南省交通厅工程处,河南郑州450052; 4.辽宁省交通勘测设计院,辽宁沈阳110000)摘 要:利用有限元方法,将斜拉桥的主梁和桥塔离散成三维板壳单元,用悬链线索单元来考虑斜拉索的非线性影响,对大跨度斜拉桥的稳定性进行了分析,所建立的有限元分析方法,在大跨度斜拉桥的稳定性分析中具有一定的实用价值。
关键词:斜拉桥;有限元法;稳定性分析中图分类号:U 448.27;T U 311.2文献标识码:A文章编号:1671-7767(2006)04-0044-03收稿日期:2006-04-19作者简介:周超舟(1971-),男,高级工程师,1994毕业于西南交通大学,工学学士。
1 前 言斜拉桥的斜拉索承受轴向拉力,其水平分力对主梁产生巨大的轴向压力,而竖直分力则对桥塔产生轴向压力,且随着跨度的加大,主梁和桥塔的轴向压力也增大。
所以,大跨度斜拉桥的稳定性分析是一个十分重要的问题。
国内外虽然有许多学者对斜拉桥的稳定性进行过分析[1,2],但大都是针对钢斜拉桥的,且多用等效弹性模量来考虑斜拉索的非线性影响,这使得计算结果的误差较大,不便于推广应用。
在PC 斜拉桥中,结构自重在总荷载中所占的比例很大,为了减轻自重,可采取两种方法:①使用轻质混凝土;②减小主梁的横截面。
结合目前的材料水平、经济状况和施工条件等因素,以第②种方法用得较多。
但这样就更加突出了PC 斜拉桥的稳定性问题。
大跨度PC 斜拉桥一般都采用悬臂施工的方法来建造[3],凭直观分析可知,斜拉桥在施工时的最大悬臂状态,即中跨未合龙之前,是一个较危险的状态,此时结构的整体刚度还不能实现,而在较大的施工荷载的作用下,主梁极易发生失稳破坏。
近年来,国内几座斜拉桥在施工时出现的事故也证实了这一结论。
1986年10月,四川达县洲河斜拉桥在施工时坍塌,有专家指出是由于主梁失稳造成的;1998年9月,浙江宁波招宝山大桥在施工时,发生主梁断裂事故,其中一个主要原因就是:薄壁箱式主梁的底板过薄,在施工荷载的作用下,主梁被压溃。
所以,为了保证施工安全,必须对大跨度PC 斜拉桥进行施工状态的稳定性分析。
2 PC 斜拉桥稳定性分析的有限元法用有限元法对PC 斜拉桥进行分析时,为了更好地反映出主梁的剪力滞、扭转等效应,将主梁离散为三维板壳单元;桥塔一般为矩形箱式柱,也可离散为三维板壳单元;斜拉索则用悬链线索单元来分析。
2.1 板壳单元如图1所示为8节点三维板壳单元(即三维Serendipity 单元),其位移形函数为[4]:图1 三维板壳单元N i =18(1+F 0)(1+G 0)(1+N 0)(1)式中,F 0=F i F ,G 0=G i G ,N 0=N i N ,i =1,2,,,8。
根据板壳理论的基本假设:变形前中面的法线,在变形后仍保持为直线。
因此,板壳单元内任一点的位移可由中面对应点沿总体坐标x 、y 、z 方向的3个位移分量u m 、v m 、w m ,以及节点i 处上、下表面的向量V 3i 绕与它相垂直的两个正交向量的转角B 1i 和B 2i 表示:u v w =E 8i=1N i u mv m w m+E 8i=1N i F t i 2[v -1i -v -2i ]B 1i B 2i (2)44世界桥梁2006年第4期式中,t i 为节点处板壳单元的厚度,即相应法线的长度;v -1i 和v -2i 为与向量V 3i 相垂直的两个正交向量的方向余弦。
式(2)写成标准形式为:uv w=[N 1 N 2 , N 8]D1D 2sD 8(3)其中,N i =N i00N i N t i 2v -x 1i -N i N t i 2v -x2i0N i 0N i N t i 2v -y 1i -N i N t i 2v -y2iN iN i N t i 2v -z 1i -N i N t i 2v -z2i(i =1,2,,,8)D i =[u i v i w i B 1i B 2i ]T(i =1,2,,,8) 再根据板壳理论中法线方向应力为零的假设,应变分量和应力分量都可以由局部坐标系来确定:{E }=[B]{D }(4){R }=[D]{E }(5)式中,[B ]为应变矩阵,它是一个包含形函数导数的矩阵,可由雅可比矩阵得到;[D ]为弹性矩阵,完全由单元材料的弹性模量和泊松比等来确定。
得到应变矩阵[B]和弹性矩阵[D]后,再经过有限元求解方法的一般步骤,便可得出单元刚度矩阵和单元节点力的具体表达式[5]。
2.2 悬链线索单元大跨度PC 斜拉桥的斜拉索表现出很强的非线性特性,目前工程中对斜拉索的分析主要是采用直线或曲线索单元进行分析[2,6,7]。
但斜拉索在自重的作用下,实际是呈悬链线下垂的。
在如图2所示图2 悬链线索单元的坐标系中,斜拉索的悬链线方程为:y =H qch A -ch 2B x l -A (6)式中,A =sh -1B qH l #sh -1B +B ;B =ql 2H ;q 为索单元单位长度上的自重;H 为索单元中的水平分力;l 为索单元的长度。
为了得到索单元的刚度矩阵,应该研究索单元端部的位置与端部力之间的变化关系。
如图2所示,索单元的左端固定,i +1处是右端最终应到达的位置,i 表示是右端在向i +1处靠近过程中的第i 步,则水平分力增量$H i 与竖向分力增量$V i 的表达式为:$H i =5H i 5l i $l i +5H i5h i$h i$V i =5V i 5l i $l i +5V i5h i$h i(7)式中,l i 和h i 分别为i 点的横坐标和纵坐标值,其余符号意义如图2所示。
把式(7)写成矩阵的形式,则有: $H i $V i=5H i 5l i 5H i 5h i 5V i 5l i 5V i5h i$l i $h i=[K i ]$l i $h i(8)式中的[K i ]即为第i 步时悬链线索单元的刚度矩阵,再由悬链线方程中给出的关系,分别求对应的偏导数,便可以得到悬链线索单元的刚度矩阵。
3 算例分析某PC 斜拉桥跨度布置为(180+400+180)m 。
主梁为倒梯形箱式截面梁,主梁全宽29.4m 、高3m,顶板、底板和腹板厚均为0.35m 。
桥塔为H 形结构,横截面为矩形箱式,塔高154m ,桥面以上高度为90m 。
主梁和桥塔的弹性模量均为3.5@104M Pa,泊松比均为0.16。
斜拉索的基本索距为8m,每一吊点两根索,截面积从48.9~71.96cm 2不等,弹性模量均为1.95@105M Pa 。
用本文所述的理论,将此斜拉桥的主梁和桥塔离散成8节点三维板壳单元。
桥塔部分根据应力大小的不同,划分单元的疏密情况也不一样;主梁横向顶板分成4个单元,底板、腹板等各为1个单元,纵向每8m(基本索距)为1个单元;用悬链线索单元来分析斜拉索,单元离散图如图3所示。
对此斜拉桥分别进行了施工状态和成桥状态的稳定性分析,施工状态选取最大悬臂时,施工荷载作用在悬臂的最前端,成桥状态选取活载作用在跨中最不利位置处。
计算得出的荷载与主梁最大挠度的关系曲线如图4所示。
由图4可知,施工状态的临界荷载为11000kN,成桥时的临界荷载则达到15000kN,且大跨度PC 斜45斜拉桥的稳定性分析 周超舟,蔡登山,吕小武,马 森图3 PC斜拉桥施工状态的单元离散图4 荷载与主梁挠度的关系曲线拉桥的施工荷载(包括挂篮、待施工主梁的自重等)一般都较大,所以施工时很容易发生失稳事故。
4 结 论大跨度斜拉桥的稳定性分析结果表明,施工时的最大悬臂状态是一个比成桥更加危险的状态,为了确保施工安全,必须对大跨度斜拉桥的施工状态进行稳定性分析。
本文在有限元法基础上所建立的稳定性分析方法,对大跨度斜拉桥的稳定性分析具有一定的实用价值。
参 考 文 献:[1]M an -Chung T ang.Stability of Cable -Stay ed Br idg es[A ].Pr oceeding s of Structur al Stability [C].St.L ou -is,M issouri:Amer ican Civ il Eng ineer s A ssociationP ress Lt d.,1990.[2]伏魁先,刘学信,黄华彪.斜拉桥面内整体失稳分析[J].铁道学报,1993,15(4):74-79.[3]Podolny W alt er,John B Scalzi.Co nstr uction and Desig no f Cable -Sta yed Bridg es [M ].N ew Y or k:Pittsburg h U niv ersit y Pr ess (A merican)L td,1986.[4]王勖成,邵 敏.有限单元法基本原理和数值方法[M ].北京:清华大学出版社,1997.[5]丁皓江,何福保,谢贻权,等.弹性和塑性力学中的有限单元法[M ].北京:机械工业出版社,1992.[6]唐建民,卓家寿.张拉结构非线性分析两节点曲线单元有限元法[J].力学学报,1999,31(5):633-639.[7]向锦武,罗绍湘,陈鸿天.悬索结构振动分析的悬链线索元法[J].工程力学,1999,16(3):130-134.Stability Analysis of Cable -Stayed BridgeZHOUChao -zhou 1,CAI Deng -shan 2,LUXiao -wu 3,MA Sen 4(1.Sectio n of Const ruct ion and Desig n U ndertaking s,China Zho ng tie M ajor Bridg e Eng ineering ,Inc.,Wuhan 430050,China; 2.Bridg e Science Resear ch I nstitute L td.,China Zhongt ie M ajo r Br idge Engineer ing G roup,W uhan 430034,China; 3.Section of Engineering ,Depart ment o f Co mmunications,H enan Pr ovince,Zheng zhou 450052,China; 4.L iaoning Pr ovinicalCommunicatio n Surv ey and Desig n Institute,Shenyang 110000,China)Abstract:T he stability o f a long span cable -stay ed bridg e is analyzed by discreting the m ain girder and pylons of the bridge into three -dimensional plate and shell elem ents by means o f finite element metho d and by considering the no nlinear influences of the stay cables of the bridg e bymeans of catenar ian cable element.The finite element analysis method established in the paper is of certain practical values to the stability analysis o f other long span cable -stayed bridges.Key words:cable -stayed bridg e;finite element method;stability analy sis46世界桥梁2006年第4期。