大跨度非对称悬索桥振动基频的参数敏感性分析

为了研究大跨度非对称悬索桥的动力特性,基于ANSYS软件建立了某大跨度主缆不等高支承悬索桥的三维有限元模型。在计算自振频率时考虑了表征结构非对称的参数,进行了前20阶模态分析,并分析了矢跨比、结构非对称参数、加劲梁抗弯刚度及主塔抗弯刚度等关键结构参数对其振动频率的影响。研究结果表明：不同的参数对非对称悬索桥振动基频的敏感性不同,一阶竖弯和扭转频率随矢跨比的增大减小,相对于正对称的振动频率,反对称的频率对矢跨比参数更敏感;非对称悬索桥的一阶反对称竖弯和扭转基频不受非对称结构参数的影响,而正对称竖弯和扭转基频随非对称结构参数的增大而减小;一阶横弯的自振频率对加劲梁刚度的变化非常敏感,当加劲梁的抗弯刚度增加到原来的3倍时,结构原有的振型次序发生了改变,但主塔抗弯刚度参数的变化对结构各向频率的影响很小,研究结果可为非对称悬索桥的结构设计和动力分析提供参考。     

关于中央扣对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响分析

基于ANSYS软件,建立了某主跨为406 m的大跨径自锚式悬索桥的三维有限元模型,并基于子空间迭代法对其自振特性进行分析。重点分析了不同形式中央扣的多精度模拟技术及不同形式中央扣模型对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响。结果表明:设置中央扣可以显著提高悬索桥的刚度;相对于其他柔性中央扣和无中央扣模型,刚性中央扣模型刚度最大。     

中央扣对大跨悬索桥抗震性能影响研究

依托某大跨悬索桥,基于有限元建立不同形式的中央扣悬索桥模型,分别进行模态分析和动力时程分析,研究不同中央扣形式对大跨度悬索桥动力性能和抗震性能的影响规律。结果表明:在动力性能方面,中央扣的设置会提高悬索桥的整体刚度,对反对称振型影响较大,且能够有效抑制纵飘振型,其中刚性中央扣可以使主缆振动的振型提前;在抗震性能方面:纵桥向,中央扣的设置使得主梁的纵向位移减小、主梁和跨中主缆的内力增大,其中刚性中央扣效应明显,而中央扣的设置对其它位置的位移和内力影响不大;横桥向,仅刚性中央扣的设置造成主梁跨中部分的剪力增大,而其它位置的位移和内力没有较大变化。结果可为同类型桥梁设计提供参考及依据。     

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。     

自锚式悬索桥动力特性研究

以三汊矶自锚式悬索桥工程为例,利用通用有限元分析软件ANSYS建立大桥的动力模型,计算了前16阶频率及振型,并具体分析了恒载、加劲梁刚度、桥塔刚度等结构参数,提出了自锚式悬索桥动力特性的影响规律。     

独柱塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性分析

为研究独柱塔空间缆索自锚式悬索桥的动力特性,以南京江心洲大桥为工程背景,运用有限元软件Midas/civil 2015,分别建立了成桥状态的墩底固结模型和桩-土相互作用模型,对比分析了桩-土相互作用对结构动力特性的影响,并分析了恒载集度、加劲梁刚度、桥塔刚度、主缆刚度以及吊杆刚度对该类桥梁动力特性的影响规律。分析结果表明,考虑桩-土相互作用时,结构自振周期延长了1.4s,并且振型发生了变化;恒载集度主要影响结构竖弯振型;加劲梁竖向刚度对结构竖弯振型影响较大;加劲梁扭转刚度对结构各主要振型影响均不明显;桥塔纵向刚度主要影响结构纵飘振型;桥塔横向刚度对桥塔横弯振型影响较大;主缆抗拉刚度主要影响加劲梁竖弯振型;吊杆抗拉刚度的提高对结构整体刚度的贡献可以忽略。     

上承式悬索桥动力特性分析

运用ansys12.1对10m+80m+10m的上承式悬索桥建立了有限元结构模型,并进行了桥梁结构的模态分析,得到了桥梁结构的自振频率、自振周期、振型图等动力特性。所得结论可为上承式悬索桥的设计及抗震分析提供参考依据。     

自锚式悬索桥动力性能研究

结合一座自锚式悬索桥的工程设计实例,建立了该桥的空间力学计算模型,利用子空间迭代法计算该桥梁结构的自振频率和振型,分析了自锚式悬索桥的动力特性,探讨了桩—土相互作用后对结构的影响。     

近场脉冲效应下悬索桥防屈曲中央扣减震耗能研究

为了探讨悬索桥在近场脉冲作用下防屈曲中央扣的耗能作用,以泸定大渡河特大桥为研究对象,建立该桥的6种不同形式中央扣的动力计算模型,研究其动力特性、地震响应和防屈曲中央扣的耗能能力。研究表明:防屈曲中央扣能提高悬索桥结构的主要振型的频率;有脉冲地震动对悬索桥这种柔性结构的地震响应有明显地放大现象;防屈曲中央扣相比于普通中央扣因其出色的耗能能力,能有效减小加劲梁纵向位移和塔顶纵向位移,小幅减小主塔底部纵向剪力和弯矩,但上弦杆应力也明显增大,综合比较防屈曲中央扣减震效果更好。     

中央扣对大跨悬索桥地震响应的影响研究

以一在建大跨度钢桁梁悬索桥为背景,建立有限元计算模型,分析设置不同模式中央扣情况下结构动力特性和地震响应。利用非线性时程分析方法,研究阻尼器对设置不同模式中央扣的悬索桥地震响应的影响。结果表明,中央扣的设置对悬索桥的纵飘特性影响较大;在无阻尼器情况下,设置中央扣能有效减小加劲梁的纵向位移,但大幅增加加劲梁上桁梁的应力;设置阻尼器后能明显减小加劲梁上桁梁增加的应力、桥塔剪力和弯矩。最后指出,采用合理的中央扣模式和阻尼器参数能显著改善结构的抗震性能。     

大跨径悬索桥自振特性及其参数分析

以某公路悬索桥为例,介绍了大跨径悬索桥自振特性,运用三维有限元程序,对悬索桥动力特性参数进行了分析,并提出影响大跨径桥梁自振特性的主要设计参数。     

Modal Identification Study of Vincent Thomas Bridge Using Simulated Wind-Induced Ambient Vibration Data

Abstract:   In this article, wind-induced vibration response of Vincent Thomas Bridge, a suspension bridge located in San Pedro near Los Angeles, California, is simulated using a detailed three-dimensional finite element model of the bridge and a state-of-the-art stochastic wind excitation model. Based on the simulated wind-induced vibration data, the modal parameters (natural frequencies, damping ratios, and mode shapes) of the bridge are identified using the data-driven stochastic subspace identification method. The identified modal parameters are verified by the computed eigenproperties of the bridge model. Finally, effects of measurement noise on the system identification results are studied by adding zero-mean Gaussian white noise processes to the simulated response data. Statistical properties of the identified modal parameters are investigated under an increasing level of measurement noise. The framework presented in this article will allow us to investigate the effects of various realistic damage scenarios in long-span cable-supported (suspension and cable-stayed) bridges on changes in modal identification results. Such studies are required to develop robust and reliable vibration-based structural health monitoring methods for this type of bridge, which is a long-term research objective of the authors.     

拉索不同程度损伤及破断对索道桥力学性能的影响分析

本文以甘肃省某索道桥作为背景,建立空间计算模型,再结合实桥静力测试结果对有限元模型进行了修正。在此基础上,展开不同位置拉索损伤的结构分析,得出不同位置拉索破断对索道桥的影响规律。最后,对拉索损伤原因进行了总结分析,分析结果可为同类索道桥的设计与养护提供参考。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

泰东河特大桥主桥自振特性分析

以江海高速公路泰东河特大桥主桥为研究对象,采用Midas有限元程序,建立了连续梁桥的空间力学计算模型,利用子空间迭代法计算了该桥梁结构的自振周期和振型,对桥梁的模态特性进行了分析与研究,计算结果可为该桥的设计、施工以及使用阶段的健康检测和维护提供技术参数和依据.     

Seismic response analysis of self-anchored suspension bridge with multi-tower

Seismic performance of a self-anchored suspension bridge with three-tower were investigated. A three-dimensional nonlinear finite element model of the bridge was developed using Sap2000. Nonlinear time history analysis was conducted using Fast Nonlinear Analysis Method (FNA), while beam-column effect and nonlinear behavior of bearing and damper were taken into consideration. The analyze results showed that the middle tower was more vulnerable compared with the two side towers; there existed risk of buckling of composite beam, and the most vulnerable part lied near steel-concrete composite segment. Viscous dampers were effective to reduce seismic response of towers as well as girders.

     

结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力分析的基础和前提。以大连港跨海大桥设计方案为工程背景,通过建立空间有限元模型,给出了前10阶频率和相应的振型,分析了加劲梁刚度、主塔刚度等结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响,对其影响规律进行了讨论。     

油罐车火灾下大跨径双层钢桁梁悬索桥高温 力学性能

为了确定大跨径双层钢桁梁公路悬索桥油罐车燃烧下的损伤破坏情况,以武汉杨泗港长江大桥为背景,利用火灾动力学软件FDS模拟桥梁上7种不同火灾燃烧场景,以此确定出桥梁最不利油罐车火灾热释放率函数增长模型及规模。建立双层公路悬索桥三维空间热分析模型,通过热分析确定油罐车在桥梁不同部位发生火灾时其三维空间瞬态温度场分布规律。通过热-结构耦合分析,掌握双层钢桁梁悬索桥吊索、加劲梁、桁架杆高温力学性能时变特征。结果表明:恒载+活载工况作用下,一辆油罐车在桥梁主跨跨中上层最外车道发生火灾36 min时,吊索温度达到900 ℃以上,吊索应力增大到362.4 MPa,达到高温下抗拉强度,此时吊索发生断裂破坏,吊索的破坏主要是由于高温下的抗拉强度退化造成,此场景下抗火救援的最佳时间在16 min内; 一辆油罐车在桥梁主跨跨中下层非机动车道发生火灾43 min时,上层钢桁梁横梁腹板的临界屈曲应力系数降低到了1以下,上层钢桁梁火灾下率先会发生局部屈曲失稳而不是强度或位移破坏,此时抗火救援的最佳时间在20 min内。