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。     

自锚式斜拉-悬索协作体系竖向弯曲振动计算公式

为方便计算自锚式斜拉-悬索协作体系的竖向自振频率,以三跨连续协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,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.研究结果表明:该体系的竖向弯曲振动频率比同等结构布置的自锚式悬索桥的竖向弯曲频率略有增大;主塔刚度对该体系的一阶对称竖弯频率影响较大,进行此频率计算时应计入主塔刚度的影响,而对一阶反对称竖弯无影响;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;该公式可用于自锚式斜拉-悬索协作体系在初步概念设计中选择合理的结构计算参数.     

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.     

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。     

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。     

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.     

三跨连续斜交T梁桥的动力特性研究

为深入了解连续斜交梁桥的动力特性,以一座三跨连续斜交T梁桥为工程实例,建立了不同斜交角度的三跨连续斜交T梁桥的Midas Civil空间梁格模型,分析了斜交角的变化对结构的振型分布和自振频率的影响变化规律,并以斜交角作为影响因素,对现行《公路桥涵设计通用规范》中连续梁桥冲击系数计算采用的基频通用公式进行了修正.研究表明:三跨连续斜交T梁桥的竖弯振型分布在自然振型的不同阶数中,随着连续斜交梁桥斜交角度的增大,结构的弯扭效应变得更加明显,使得竖弯振型的分布也产生了变化;竖弯振型对应的自振频率均随斜交角的增加而增大,当斜交角度大于30°时,基频计算应计入斜交角影响;现场实桥动载试验表明本文提出的基频修正公式是比较合理的,对于此类结构的工程设计具有重要的参考价值.     

三跨斜交连续小箱梁桥动力特性分析

以三跨连续斜交小箱梁桥为例,应用有限元软件Midas Civil分别建立了斜交角度为0～60°(步长为5°)的上部结构模型,分析了不同斜交角度对桥梁结构固有频率和振型的影响,对现有《公路桥涵设计通用规范》中用于连续梁桥冲击系数计算的基频计算公式给予修正。分析表明:三跨连续斜交小箱梁桥前三阶竖弯频率均随斜交角度的增大而增大,其中一阶竖弯频率所受影响最为显著,当斜交角度大于15°时,斜交角的影响不能忽略,其增大值最大可达103%。此外基于正桥模型得出的等跨等截面三跨连续梁桥的前三阶竖弯频率的比值关系(π~2∶3.44~2∶4.3~2)在斜交角度小于15°时仍然适用;当斜交角度大于15°时,两者误差逐渐增大,最大可达57.8%,因此该比例关系不再适用于大角度斜交梁桥。本文提出的计算连续梁桥冲击系数的基频修正公式经实桥试验验证是正确的。     

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.     

中央扣对三塔悬索桥动力特性的影响

基于ANSYS软件建立了泰州长江公路大桥的三维有限元计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了在主跨跨中主缆和主梁之间设置中央扣对大跨度三塔悬索桥动力特性的影响。结果表明：中央扣的设置对第1阶竖弯振型有较大影响,对某些竖弯振型有非常大的影响,而且较明显地推迟了1阶反对称扭转振型的出现,增大了侧弯振动频率;对单跨内反对称侧弯振型的影响大于单跨内正对称侧弯振型,使得以缆索振动为主的振型推迟出现;所得结论为该桥的抗风、抗震研究提供了必要的信息和研究基础。     

三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑简化计算方法

为研究三塔悬索桥主缆与鞍座的抗滑特性,给出了三塔悬索桥主缆抗滑安全系数的简化计算方法.考虑活载作用下塔、缆变形以及加载跨与非加载跨主缆内力的平衡关系,推导鞍座处主缆抗滑安全系数的解析计算公式;建立有限元模型对公式进行验证;研究垂跨比、塔缆刚度比、恒活载比、跨径等主要设计参数对主缆抗滑安全系数的影响.研究表明:该公式可用于悬索桥初步设计阶段主缆抗滑安全系数的估算,能够为设计参数的合理取值提供理论依据.主缆抗滑安全系数随着塔缆刚度比增大而减小,当塔缆刚度比小于3时,增大塔缆刚度比,主缆抗滑安全系数迅速减小,当塔缆刚度比大于3时,塔缆刚度比对主缆抗滑安全系数影响较小;垂跨比对主缆抗滑安全系数的影响取决于桥塔刚度;主缆抗滑安全系数随着恒活载比值及跨径增大而增大.     

三塔悬索桥中塔结构选型分析

三塔悬索桥作为一种新型的桥梁体系,结构受力特征与两塔悬索桥显然不同.三塔悬索桥整体刚度低、主梁挠跨比大,中塔选择对整个结构的受力有非常显著的影响.本文以泰州桥的三塔双主跨悬索桥为研究背景,分析讨论了三塔悬索桥主梁挠跨比、主缆抗滑移安全系数、主塔截面内力等设计限制下的中主塔刚度的恰当取值,采用有限元方法对中塔纵向采用A型钢塔、A型混凝土塔、I型混凝土塔等不同的结构型式进行了分析.研究发现,中塔纵向刚度是中塔结构选型的关键,在一定的结构体系下,三塔悬索桥中塔的纵向刚度应当在一定范围之内才能满足各种设计条件.分析结果表明,泰州大桥中塔结构的纵向刚度宜在23～28MN／m之间,采用人字形钢中主塔是适宜的.     

多塔斜拉桥交叉索的纵向约束刚度

为明确交叉索对于提高多塔斜拉桥刚度的效果,建立带跨中交叉索多塔斜拉桥的力学模型.选取一个主跨作为隔离体,并将部分交叉索等效为竖向弹簧,研究交叉索的作用机理,推导交叉索对桥塔纵向约束刚度的解析公式.研究表明,当桥塔发生纵桥向位移时,梁段重量在交叉索中重新分配,导致交叉索的索力发生改变,从而产生对桥塔的约束作用.交叉索对桥塔的约束作用取决于交叉索的长度,水平投影长度以及交叉索的轴向刚度.建立三塔四跨有限元模型对解析公式进行验证,有限元结果与公式理论值符合良好,公式可有效估算交叉索的纵向约束刚度.数值分析表明,采用交叉索与增大桥塔或主梁刚度均能有效增大结构刚度,在桥塔及主梁刚度较低时,交叉索对增大结构刚度的效果尤其明显.     

基于能量法的悬索桥主索鞍顶推计算方法

为了确保悬索桥的主塔在加劲梁吊装过程中始终处于安全受力状态,合理确定主索鞍顶推量和顶推阶段至关重要.基于能量原理,应用Rayleigh-Ritz法推导了主塔最大容许偏位计算公式.从主塔塔顶偏位和塔底应力2个角度提出优化主索鞍的顶推方法,最后通过有限元法验证近似公式的精度.研究结果表明：推导的公式计算结果与有限元计算结果相差3.4%,考虑P-△比不考虑P-△效应的塔顶偏位相差为4.6%,主塔的最大容许偏位随着加劲梁的不断吊装而逐渐增大,增幅可以达到19.9%,同时,可增加主索鞍顶推量和顶推时间间隔,减小顶推次数,从而解决悬索桥主索鞍顶推问题,使得主塔受力处于最优状态.     

几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析

对实际工程中某三跨波纹钢腹板体外预应力连续箱梁桥建立有限元模型,通过改变腹板参数,探讨几何参数对桥梁整体受力性能的影响.分析表明,随着波纹钢腹板折叠角的增大,波纹钢板的抗弯刚度逐渐减小,当折角在10°～40°范围内变化时,波纹钢板的抗弯刚度变化最为明显; 波纹钢腹板水平面板宽度b增大会提高箱梁的抗弯刚度,但b值太大会影响波纹钢腹板的整体受力性能; 增加波纹板的厚度能显著提高箱梁的抗剪性能,并在一定程度上能够提高箱梁的抗弯刚度,但板厚增加到20 mm时,其对提高箱梁的抗剪性能和抗弯性能的贡献逐渐趋小; 波纹钢腹板的倾角不宜太大,宜小于25°.     

超大跨径三塔悬索桥加劲梁吊装方案

为了寻找超大跨径三塔悬索桥建设中更为有利的加劲梁吊装方案,以主跨2 000 m三塔悬索桥为对象,运用参数分析结合有限元数值模拟的方法研究了主、边跨加劲梁不同吊装顺序对边塔鞍座偏移量、主缆线型、合龙位置、合龙段施工方法以及吊装过程中结构动力响应的影响.结果表明,超大跨径三塔悬索桥主跨加劲梁宜从跨中向索塔方向吊装,边跨加劲梁宜从锚碇向边塔方向吊装,该方案下主缆水平倾角小,扭转基频较大,颤振稳定性更好,且采用预偏合龙方法时所需要的牵引力小,因而按该方案吊装对桥梁建设更为有利.