地锚式斜拉-悬索协作体系桥竖弯振动基频计算公式

为方便计算地锚式斜拉-悬索协作体系桥的竖向自振频率,以三跨连续支承协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用能量法推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,并提出了主塔抗弯刚度影响系数的计算式;最后对本文所推导的公式的有效性进行了验证。研究表明:该协作体系的竖向弯曲振动基频略高于同等跨径布置的地锚式悬索桥的竖弯弯曲频率,其原因在于斜拉索对该体系刚度的贡献;本文所推导的竖弯基频计算值与数值计算误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于该体系的初步概念设计中选择合理的结构计算参数。     

计入主塔刚度影响的三跨连续体系悬索桥竖弯频率估算公式

为方便计算三跨连续体系悬索桥的竖向自振频率,基于双塔三跨连续体系悬索桥,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,并提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后,对此公式的可行性进行了算例验证,并对适用范围进行了讨论。研究结果表明：主塔刚度对三跨连续体系的一阶正对称竖弯频率影响较大,进行频率计算时应计入主塔刚度的影响;主塔对竖弯基频的影响程度可通过主塔刚度影响系数计算得到;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于简支单跨及三跨连续体系悬索桥的竖弯基频计算中。     

考虑主塔刚度影响的非对称悬索桥竖弯频率估算公式

为方便计算双塔两跨连续体系非对称悬索桥的竖向自振频率,在考虑主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导其1阶竖弯振动频率近似表达式,并提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后对此公式的可行性进行了算例验证。结果表明,主塔刚度对该结构体系的一阶对称竖弯频率有影响,而对一阶反对称竖弯频率没有影响;可通过主塔刚度影响系数进行计算主塔刚度对一阶对称竖向弯曲基频的影响程度;解与有限元解之间的误差范围在初步概念设计阶段所允许的要求之内;所推导的基频近似表达式可用于双塔两跨连续体系非对称悬索桥动力特性估算。     

矮塔斜拉桥竖弯频率的能量法估算实用公式

为方便计算矮塔斜拉桥的竖向自振频率,基于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,提出了名义单位质量的抗弯刚度的概念,对此公式的可行性进行了算例验证,并讨论了该公式的应用对象。研究结果表明：支承条件对该体系的竖弯频率影响较大,进行频率计算时应准确考虑支承条件;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式适用于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,抗风设计规范中的竖弯基频公式不适用于此类桥梁。     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥梁动力性能

讨论了自锚式斜拉-悬吊协作体系在主梁、辅助墩及主塔基础等不同约束方式下结构动力特性。通过分析得出该体系桥梁自振周期长,振型密集且振型间相互耦合;缆、塔、梁共同参与振动,提高了结构的扭转频率,结构的抗风稳定性较好;加劲梁受到主缆水平分力和斜拉索水平分力的共同作用,降低了结构的弯曲刚度,需加大截面尺寸;桥梁各阶振型频率随主梁弹性约束刚度的增加而增加,一阶纵飘频率受弹性约束刚度影响比较显著,其他振型频率影响较小;通过设置边跨辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,增加各阶振型的频率;主塔对结构动力特性的影响取决于基础对塔底的约束强度,当群桩基础足够强大时,其自振频率仅略小于沉井、沉箱基础。     

非对称悬索桥对称竖弯基频的实用计算公式

为了方便计算非对称悬索桥的对称竖弯自振基频,采用Rayleigh法分别推导了不考虑和考虑边缆和主塔刚度影响下的非对称悬索桥一阶对称竖弯自振基频的近似计算公式,提出了修正规范公式的非对称结构参数影响因子和计入边缆和主塔刚度的非对称结构参数影响因子,并给出了边缆和主塔刚度对竖向自振基频的影响系数的表达式,最后通过有限元法验证近似公式的精度.研究结果表明:在计算非对称悬索桥竖向自振基频时不能忽略边缆和主塔刚度的影响,计入边缆和主塔刚度影响的实用公式计算结果与有限元法计算结果非常接近,误差为3.3%,能满足工程上对精度的要求,可以方便指导非对称悬索桥的方案选择和初步设计.     

独塔斜拉桥振动基频的实用估算公式

为方便计算独塔斜拉桥的振动基频,基于两跨独塔斜拉桥,应用Rayleigh法推导其竖弯振动基频公式,最后对此公式的可行性进行了算例验证,并讨论了该公式的适用对象及应用范围.研究结果表明:梁、塔及索截面形式对其竖弯振动频率没有影响,而支承条件对斜拉体系的竖弯频率影响较大;给出的基于能量法得到的纵飘基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求.     

基于几何非线性的自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力计算

目的研究确定自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥状态时构件的空间位置和缆索的成桥索力．方法根据无应力索长和索力的概念推导了无应力索长的索力不变原理,提出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力的计算方法．结果运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行了计算分析,利用该方法计算得到的成桥状态下斜拉索和吊索的索力均匀,主缆线形平顺．除主塔附近的加劲梁由于索距较大造成弯矩较其他区域偏大外,其他区域弯矩分布均匀合理,加劲梁的最大弯矩为14716kN·m．主塔弯矩较小且塔顶水平变位接近于零．结论计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁的合理成桥索力,并且通过非线性迭代计算得到的缆索无应力长度可以直接应用于施工阶段分析．     

温度作用下斜拉-悬索协作体系桥静力分析

目的 研究斜拉-悬索协作体系桥温度作用下的静力行为,找出温度效应对其的影响规律.方法 利用有限元软件ANSYS对金州海湾大桥建立了平面分析模型,分别考虑了体系温差、索梁塔温差、索塔日照、索梁日照4方面的影响,进行了成桥后的温度效应分析,并对比了自锚式和地锚式两种体系的结果.结果 体系温差和索梁塔日照对两种体系内力和位移的影响较大,对主梁位移影响最大是索梁塔温差,对主塔位移和弯矩影响最大的则是体系温差.结论 温度效应对斜拉-悬索协作体系桥的位移和内力均有一定的影响,在设计中成为不可忽略的因素.     

高墩固结体系矮塔斜拉桥纵飘基频的估算实用公式

为方便计算高墩固结体系矮塔斜拉桥的纵飘基频,基于三跨高墩固结体系矮塔斜拉桥,应用Rayleigh法,推导其纵飘基频公式,并提出了名义单位质量的抗弯刚度的概念,最后对此公式的可行性进行了算例验证,并讨论了该公式的应用对象.研究表明:高墩固结体系的矮塔斜拉桥第一阶振动以桥墩的纵飘为主,给出的能量法得到的纵飘基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求,该公式适用于高墩固结体系矮塔斜拉桥的纵飘基频估算.     

三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥成桥阶段活载模型试验研究

为研究三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥在成桥阶段活荷载作用下的结构受力性能,依据相似理论,制作了1∶20的全桥缩尺模型。利用模型试验研究了该体系桥在对称与非对称荷载作用下的结构力学特性,对加劲梁、吊杆、拉索、主塔与副塔的力学行为进行了分析。结果表明:在成桥阶段活载作用下,模型桥对称性较好、刚度较大、抗弯扭性能较好;模型桥能较准确地反映实桥的受力特性,所测得的试验数据,已成功用于指导实桥设计;理论计算值和实桥换算值与试验实测值吻合较好;模型桥及实桥均满足规范要求,该体系桥梁在使用阶段安全可靠。     

自锚式悬索桥体系转换实用计算分析

为设计阶段更简洁方便地计算自锚式悬索桥在其体系转换过程中各吊索的张拉力,提出一种基于主缆内力状态计算吊索力的实用计算方法,根据吊索张拉完成的程度将主缆划分为张拉完成段与自由悬挂段两部分,借鉴结构力学中位移法的求解思路,首先在主缆相应吊点处添加约束使主缆张拉完成段内力与目标状态内力一致,然后释放约束使各主缆节段自由变形达到平衡得到该工况下的主缆状态.综合考虑约束释放前后各主缆节段能量守恒以及主缆的变形协调条件,建立主缆平衡方程求解得到体系转换完成后各主缆节段内力状态.再根据自锚式悬索桥各主缆节段间的竖向不平衡分力,求得该工况下各吊索力.通过与工程实例中的试验结果对比,结果表明:此方法计算方便简洁,无需依赖于上一阶段的效应状态,且计算精度满足要求,可用于一般跨径自锚式悬索桥的体系转换分析以及结构设计分析,对结构设计、优化具有一定的指导作用.     

自锚式混凝土吊桥的力学性能研究

通过对一座跨径240m自锚式混凝土吊桥的静、动力分析，研究了非线性、主缆矢跨比、主梁拱度、温度以及混凝土收缩徐变等因素对自锚式混凝土吊桥的受力影响。结果表明：自锚式混凝土吊桥基本满足弹性理论，混凝土收缩徐变对结构受力影响较大，主缆矢跨比越大，结构刚度越大；与同等条件的传统吊桥比较，自锚式混凝土吊桥具有良好的动力特性。     

自锚式混凝土吊桥的力学性能研究

通过对一座跨径240 m 自锚式混凝土吊桥的静、动力分析,研究了非线性、主缆矢跨比、主梁拱度、温度以及混凝土收缩徐变等因素对自锚式混凝土吊桥的受力影响.结果表明:自锚式混凝土吊桥基本满足弹性理论,混凝土收缩徐变对结构受力影响较大,主缆矢跨比越大,结构刚度越大;与同等条件的传统吊桥比较,自锚式混凝土吊桥具有良好的动力特性.     

压弯耦合效应下自锚式悬索桥自由振动研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分厚理,考虑了加劲梁的压弯耦合和剪切应变能的影响,建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动和纵向振动的基础微分方程,忽略非线性项的影响,进而得到线性振动微分方程．以一座拟建的自锚式混凝土悬索桥为例,求出了竖向振动方程自振频率的解析解,并与数值解作了比较,证明了这一理论和方法为自锚式悬索桥的固有振动特性分析能提供可靠的依据。     

Study of Vertical Seismic Response of Concrete Self-Anchored Suspension Bridges

Based on the variational prineiple of incomplete generalized potential energy with large deflection, the vertical nonlinear vibrational differential equation of self-anchored suspension bridge is presented by taking the effect of coupling of flexural and axial action into consideration. The linear vertical equation is obtained by omitting the nonlinear term, and the pseudo excitation method(PEM). Taking the self-anchored concrete suspension bridge over Lanqi Songhua river for an example, the expected peak responses of main beam, towers and cables are calculated. And the seismic spatial effects on vertical seismic response of self-anchored suspension bridges are discussed.