斜拉桥Ansys结构动力特性分析
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设置 一道 横梁 。 斜索 在主梁 上 每 ６ 处 布 置 一 根 ， 塔 丛 塔 顶 ｍ 主
３ 计算模型 ，
采 用大 型通 用有 限元程 序 Ａ ｓｓ 立 了全间有百度文库 ｎｙ 建
限元分析模型。建模时采用 了目前斜拉桥常用的脊 梁模式 ， 把桥面系的刚度 （ 向、 向的刚度， 竖 横 扭转 刚度 ） 和质量 （ 动质 量和转 动 惯量 ） 在 主梁 中间 平 都 节 点上 ， 点 和斜拉 索之 间采用 刚臂 。主梁 、 塔和 节 索
套 颦
‘
（兰州交通大学 土木工程 学院， 甘肃 兰州 ７ ０７ ） ３０ ０ 摘 要： 采用 大型通用 Ａ ｓｓ ｎｙ 软件分析斜拉桥在地震作用 、 车辆荷载 和风荷载 同时作用下的动力响应分 析 ， 通过分析
与 比较找 出本实 例中斜拉桥 的薄弱环节 ， 出桥梁 固有频率 与荷载产 生的频 率 ， 找 避免桥 梁产生共 振现象 ； 出桥梁 找
在荷载作用下跨 中节点位移与时 间变化规律并且 找出跨 中节点在各个方 向的最大绝对位移值 。求 解的结果可为从 事斜 拉桥设计工作人员提供借鉴作用。
关键词 ： ｎｙ ； Ａ ｓｓ动力分析 ； 模态分析 ； 耦合
中 图分 类 号 ：４ ８ ２ Ｕ ４ ．７
斜 拉桥 的原 始模 型 自古 就 有 ， 拉桥 是 多 次 超 斜
横梁 都采 用 三 维 梁 单 元 Ｂ Ａ ４模 ， 拉 索 采 用 空 ＥＭ 斜
间索单元 ＬＮ １ 模拟 ， ＩＫ０ 耦合塔、 梁重合节点横 向自
由度。各单元的几何截性依据实际构件截面尺寸而 定 。三维 有限元 模型如 图 １ 所示 。
往下每 １ｍ设置一个 张拉点 ， ４个张拉点。在塔 ８ 共 上 ４个张拉节点上一共张拉 １７ １ 条斜索， 采用半平 行钢 丝索 。
２ 建模假设
１采用空间鱼刺模型 ， ） 所有截面几何特性 以及 质量集中于桥 的主梁上， 横梁只起传递力的作用。
图 １ 斜 拉 桥 三 维 有 限 元 模 型
１０ ２
甘
肃
科
技
第２ ７卷
４ 建模及求解 分析
根 据模 型的 实际尺 寸 和材 料属 性定 义不 同 的单 元类型 和分析 类型 ， 创建 节点 和单元 ， 耦合节 点并且 施加边 界条件 。
式 、 箱 中板式 ； 梁 以 正 交异 性 极钢 箱 为 主 ， 有 边 钢 也
２ 主梁 处于全漂状态 ， ） 塔底施加全 部约束 ， 桥 两端释放纵向约束。 ３ 地震载荷作用于桥的横桥 向和纵桥 向上， ） 采
用 瞬态 动力 分析 方法 ， 用天津 地震 波 ， 不考虑 阻 采 但
尼地震 波 。
４ 移 动 荷载采 用单 个正 弦 常 力 ， ： ） 即 Ｐ＝１０ ００
边 箱 中板式 。现 在 已建 成 的斜 拉 桥有 独 塔 、 塔 和 双
三 塔式 。 以钢筋 混凝 土 塔 为 主 。塔型 有 Ｈ形 、 Ｙ 倒
形、 Ａ形 、 石形 等 。应 用 Ａ ｓｓ 钻 ｎｙ 软件 在考 虑 几 何 非 线性 的情 况下 ， 斜 拉 桥 上部 结 构进 行 静 力 与 动 力 对 分 析 ， 中得 出一些 有价 值 的结论 。 从
第２ ７卷
第 ｌ Ｏ期
甘 肃科 技
Ｇａ ｕ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ
１０． ７ Ⅳ０ Ｏ ｌ￡２ ， ．１
Ｍ ａｙ ２０ｌ ． １
２１ ０ １年 ５月
斜 拉 桥 Ａ ｓ ｓ结 构 动 力 特 性 分 析 ｎｙ
静定结构体系， 受力均匀 ， 造价经济合理等， 近年来 在国内外桥梁建设 中， 斜拉桥是大跨径桥梁最 流行
的桥型之 一 ， 拉桥 在 风致激 励 、 载激励 和地 震激 斜 动 励 等的结构 动力 响应 分 析得 到 了越来 越多 的关 注 和 研 究 。我 国 斜 拉 桥 的主 梁 形 式 有 ： 混凝 土 箱 式 、 板
图 ２ 成 桥 状 态 的 斜 拉桥 静 力分 析 矢 量
４ １ 成 桥状态 的静 力分 析 ．
提取结 构前 四阶矢 量振型 图分析结 构 的变形情
况， 如图 ３所 示 。
… … … … ’ …
基
酗
打开预应力和集 中质量设置开关 ， 是使计算结 果用于后面的动力分析 ， 求解得到桥梁 结构的最大
位移是 ０ ０３０ ｍ， 量 图如 图 ２所示 。 ．５４２ 矢
有 Ｉ７个 载荷子 步 ， １ 每个载 荷子步 时 间间隔 ０ １， ．ｓ设
计 时速为 １ ０ ｍ ｈ ２ｋ ／。
１ 工 程 概 况
该斜拉桥为 三跨全飘 浮体系 （７ ｍ＋ ４ ｍ ＋ １４ ３ ８ １４ ） Ｙ塔型双索面板式梁斜拉桥。大桥设计安 ７ｍ 倒 全等级为， 桥梁设计基 准期 为 １０年 ， ０ 设计 车速为 １０ ｍ ｈ 桥宽 为 ２ ｍ， ２ｋ ／ ， ８ 主塔 横梁 ３ｍ， ０ 塔底横 桥 向 距离 ２ ｍ， ０ 塔底距桥面 ３ ｍ， ０ 下索塔高 ３ｍ， ０ 中索塔 高 ６ ｍ 上索塔高 ７ ｍ ０， ２ 。上部 结构为混凝土桥面板 组成 的梁 。每 ６ 设 置 一 道 刚性 鱼 刺 横 隔 梁 ， 柱 ｍ 塔
！ 。 滞
…
＿●●— ＿ ’ ， ‘●
●
…
…
■ 日 ＾ ￥■ 目
图 ３ 结构 前 ４阶 频 率 振 型
第一阶振型图可以看出主梁主要是横向弯曲，
第二 阶振 型 图可 以看 出 全 桥 主 要是 发 生 了纵 向 平
移。第三 、 四阶振型 图可以看出桥面主要是在水平 面内的弯曲。一般情况下纵向平移发生在第一阶，
ＣＳ １ ｔ 。风荷载取为横桥 向的全截面作用的常 Ｏ（０ ） 振 幅正弦力 ， 风力垂 直于 主梁 ， 大风压 ｌ４０Ｎ ｍ， 最 ￣ ００ ／ 即 ： ５ ｓ （． ｔ， Ｐ＝ ０ ｉ １５ ）主梁实际高度 为 ３ ｎ ｍ。 ５ 考 虑 ３种 荷载 同 时作 用在 有 预应 力 结 构上 ， ）
３ 计算模型 ，
采 用大 型通 用有 限元程 序 Ａ ｓｓ 立 了全间有百度文库 ｎｙ 建
限元分析模型。建模时采用 了目前斜拉桥常用的脊 梁模式 ， 把桥面系的刚度 （ 向、 向的刚度， 竖 横 扭转 刚度 ） 和质量 （ 动质 量和转 动 惯量 ） 在 主梁 中间 平 都 节 点上 ， 点 和斜拉 索之 间采用 刚臂 。主梁 、 塔和 节 索
套 颦
‘
（兰州交通大学 土木工程 学院， 甘肃 兰州 ７ ０７ ） ３０ ０ 摘 要： 采用 大型通用 Ａ ｓｓ ｎｙ 软件分析斜拉桥在地震作用 、 车辆荷载 和风荷载 同时作用下的动力响应分 析 ， 通过分析
与 比较找 出本实 例中斜拉桥 的薄弱环节 ， 出桥梁 固有频率 与荷载产 生的频 率 ， 找 避免桥 梁产生共 振现象 ； 出桥梁 找
在荷载作用下跨 中节点位移与时 间变化规律并且 找出跨 中节点在各个方 向的最大绝对位移值 。求 解的结果可为从 事斜 拉桥设计工作人员提供借鉴作用。
关键词 ： ｎｙ ； Ａ ｓｓ动力分析 ； 模态分析 ； 耦合
中 图分 类 号 ：４ ８ ２ Ｕ ４ ．７
斜 拉桥 的原 始模 型 自古 就 有 ， 拉桥 是 多 次 超 斜
横梁 都采 用 三 维 梁 单 元 Ｂ Ａ ４模 ， 拉 索 采 用 空 ＥＭ 斜
间索单元 ＬＮ １ 模拟 ， ＩＫ０ 耦合塔、 梁重合节点横 向自
由度。各单元的几何截性依据实际构件截面尺寸而 定 。三维 有限元 模型如 图 １ 所示 。
往下每 １ｍ设置一个 张拉点 ， ４个张拉点。在塔 ８ 共 上 ４个张拉节点上一共张拉 １７ １ 条斜索， 采用半平 行钢 丝索 。
２ 建模假设
１采用空间鱼刺模型 ， ） 所有截面几何特性 以及 质量集中于桥 的主梁上， 横梁只起传递力的作用。
图 １ 斜 拉 桥 三 维 有 限 元 模 型
１０ ２
甘
肃
科
技
第２ ７卷
４ 建模及求解 分析
根 据模 型的 实际尺 寸 和材 料属 性定 义不 同 的单 元类型 和分析 类型 ， 创建 节点 和单元 ， 耦合节 点并且 施加边 界条件 。
式 、 箱 中板式 ； 梁 以 正 交异 性 极钢 箱 为 主 ， 有 边 钢 也
２ 主梁 处于全漂状态 ， ） 塔底施加全 部约束 ， 桥 两端释放纵向约束。 ３ 地震载荷作用于桥的横桥 向和纵桥 向上， ） 采
用 瞬态 动力 分析 方法 ， 用天津 地震 波 ， 不考虑 阻 采 但
尼地震 波 。
４ 移 动 荷载采 用单 个正 弦 常 力 ， ： ） 即 Ｐ＝１０ ００
边 箱 中板式 。现 在 已建 成 的斜 拉 桥有 独 塔 、 塔 和 双
三 塔式 。 以钢筋 混凝 土 塔 为 主 。塔型 有 Ｈ形 、 Ｙ 倒
形、 Ａ形 、 石形 等 。应 用 Ａ ｓｓ 钻 ｎｙ 软件 在考 虑 几 何 非 线性 的情 况下 ， 斜 拉 桥 上部 结 构进 行 静 力 与 动 力 对 分 析 ， 中得 出一些 有价 值 的结论 。 从
第２ ７卷
第 ｌ Ｏ期
甘 肃科 技
Ｇａ ｕ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ
１０． ７ Ⅳ０ Ｏ ｌ￡２ ， ．１
Ｍ ａｙ ２０ｌ ． １
２１ ０ １年 ５月
斜 拉 桥 Ａ ｓ ｓ结 构 动 力 特 性 分 析 ｎｙ
静定结构体系， 受力均匀 ， 造价经济合理等， 近年来 在国内外桥梁建设 中， 斜拉桥是大跨径桥梁最 流行
的桥型之 一 ， 拉桥 在 风致激 励 、 载激励 和地 震激 斜 动 励 等的结构 动力 响应 分 析得 到 了越来 越多 的关 注 和 研 究 。我 国 斜 拉 桥 的主 梁 形 式 有 ： 混凝 土 箱 式 、 板
图 ２ 成 桥 状 态 的 斜 拉桥 静 力分 析 矢 量
４ １ 成 桥状态 的静 力分 析 ．
提取结 构前 四阶矢 量振型 图分析结 构 的变形情
况， 如图 ３所 示 。
… … … … ’ …
基
酗
打开预应力和集 中质量设置开关 ， 是使计算结 果用于后面的动力分析 ， 求解得到桥梁 结构的最大
位移是 ０ ０３０ ｍ， 量 图如 图 ２所示 。 ．５４２ 矢
有 Ｉ７个 载荷子 步 ， １ 每个载 荷子步 时 间间隔 ０ １， ．ｓ设
计 时速为 １ ０ ｍ ｈ ２ｋ ／。
１ 工 程 概 况
该斜拉桥为 三跨全飘 浮体系 （７ ｍ＋ ４ ｍ ＋ １４ ３ ８ １４ ） Ｙ塔型双索面板式梁斜拉桥。大桥设计安 ７ｍ 倒 全等级为， 桥梁设计基 准期 为 １０年 ， ０ 设计 车速为 １０ ｍ ｈ 桥宽 为 ２ ｍ， ２ｋ ／ ， ８ 主塔 横梁 ３ｍ， ０ 塔底横 桥 向 距离 ２ ｍ， ０ 塔底距桥面 ３ ｍ， ０ 下索塔高 ３ｍ， ０ 中索塔 高 ６ ｍ 上索塔高 ７ ｍ ０， ２ 。上部 结构为混凝土桥面板 组成 的梁 。每 ６ 设 置 一 道 刚性 鱼 刺 横 隔 梁 ， 柱 ｍ 塔
！ 。 滞
…
＿●●— ＿ ’ ， ‘●
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…
■ 日 ＾ ￥■ 目
图 ３ 结构 前 ４阶 频 率 振 型
第一阶振型图可以看出主梁主要是横向弯曲，
第二 阶振 型 图可 以看 出 全 桥 主 要是 发 生 了纵 向 平
移。第三 、 四阶振型 图可以看出桥面主要是在水平 面内的弯曲。一般情况下纵向平移发生在第一阶，
ＣＳ １ ｔ 。风荷载取为横桥 向的全截面作用的常 Ｏ（０ ） 振 幅正弦力 ， 风力垂 直于 主梁 ， 大风压 ｌ４０Ｎ ｍ， 最 ￣ ００ ／ 即 ： ５ ｓ （． ｔ， Ｐ＝ ０ ｉ １５ ）主梁实际高度 为 ３ ｎ ｍ。 ５ 考 虑 ３种 荷载 同 时作 用在 有 预应 力 结 构上 ， ）