习营钢管混凝土拱桥动力特性分析

基于有限元方法,以ANSYS为平台建立了南阳淅川段习营下承式钢管混凝土拱桥三维有限元模型,采用子空间迭代法求解桥梁的自振频率和振型,并结合桥面振动实测频率,验证了桥梁模型的准确性.计算结果显示,桥梁1阶竖向振动频率的实测值与理论值接近,模型精度较高.拱桥第1阶振型为拱肋横向弯曲,第2、3阶振型均为桥面系竖向弯曲.低阶振型主要以拱肋的横向振动或桥面系的竖向弯曲为主,说明该桥拱肋横向刚度明显小于竖向刚度,桥面系横向刚度远大于竖向刚度,体现了下承式钢管混凝土拱桥的动力性能特征.计算结果为结构性能评估与抗震设计提供了依据.     

高速铁路大跨度系杆拱桥结合梁构造形式

以武广客运专线某140 m下承式钢箱系杆拱桥为例,采用有限元方法,对纵横梁方案(纵横梁+混凝土板)和密布横梁方案(密布横梁+混凝土板)2种结合梁构造形式的动力特性、稳定性和静力性能进行综合对比研究.研究结果表明:在材料用量相同时,纵横梁方案桥梁刚度较密布横梁方案的桥梁刚度稍大,桥梁动力特性比后者的优,其稳定性也比后者的强:对于密布横梁方案,由于不设纵梁,系梁和混凝土板承受的纵向力都较纵横梁方案的大,混凝土板增幅达50%左右,横梁面内和面外弯矩则明显减小,都低于纵横梁方案的一半,混凝土板顺桥向应力整体比纵横梁方案的高,而横桥向应力则较低,最大值低于纵横梁方案的40%.     

上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证

为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°～60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.     

开封黄河二桥主桥动力特性分析

以大广线开封黄河二桥主桥--7塔8跨预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,借助MIDAS/Civil有限元程序建立了该桥梁空间有限元计算模型,采用子空间迭代法计算了桥梁的动力特性.计算结果表明,该桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔的横向振动,桥梁结构的自振周期较大,振型较为密集,由于该桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,桥梁的第1阶扭转频率与第1阶竖弯频率之比为4.01,表明该桥梁具有良好的气动稳定性.     

功能梯度材料梁自由振动问题的常微分方程求解器解

建立具有连续分布参数的功能梯度材料Euler梁、Timoshenko梁自由振动的动力学方程,以常微分方程求解器为工具,分析计算这两种梁的自振频率;同时讨论Timoshenko梁的自振频率和振型随梁的参数而变化的规律,给出Timoshenko梁的弯曲振动弹性波和剪切振动弹性波的传播速度,分析弯曲和剪切耦合振动的特点和规律.结果表明:常微分方程求解器解和解析解几乎具有同样的精度;自振频率的大小取决于梁在振动时的弹性波的波速;Timoshenko梁在每个频率下的振动均为弯曲和剪切的耦合振动.     

郑州北环快速路铁路跨线大桥动力特性分析

北环快速路铁路跨线大桥始建于1994年,由4座大的拱桥构成,跨度320多米,最高处15米,连同引桥长约2．1公里,在钢体拱形桥中全国位居第一,成为郑州一道风景。本文以该桥为研究对象,借助MIDAS／Civil有限元程序建立了该桥梁空间有限元计算模型,采用子空间迭代法计算了桥梁的动力特性。计算结果表明：该桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔的横向振动,桥梁结构的自振周期较大,振型较为密集。由于该桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,桥梁的第1阶扭转频率与第1阶竖弯频率之比为4．01,表明该桥梁具有良好的气动稳定性。计算结果丰富了钢管混凝土桥动力研究的内容,所得数据可为该桥在健康监测和维护提供参考。     

小矢跨比上承式钢提篮拱桥动力及稳定性分析

目的研究小矢跨比上承式钢提篮拱桥的动力特性、稳定性能影响因素及其变化趋势.方法以某上承式钢提篮拱桥为背景,采用有限元软件ABAQUS建立空间有限元模型,模型中对拱肋、主梁、边墩及立柱均采用梁单元建模,桥面板采用壳单元建模.通过改变模型的矢跨比和内倾角,分析其对拱桥自振周期、振型、屈曲稳定系数的影响.结果矢跨比对拱桥自振周期及稳定系数影响较大,随着矢跨比减小,拱桥面外一阶稳定系数先增大后减小;内倾角对此类拱桥的一阶、二阶自振周期和面外稳定系数影响较大,当内倾角α4°,一阶振动的周期随着内倾角α的增加而减小,当内倾角α4°,随着内倾角α的增加,二阶振动的周期逐渐减小,增大内倾角面外稳定性提高.结论得到的不同内倾角和矢跨比下拱桥动力特性和稳定性的变化规律,可为此类拱桥的设计和工程实践提供参考和借鉴.     

双塔双索面斜拉桥抗风稳定性分析

斜拉桥结构的复杂性和特殊性,使得结构对风十分敏感,在风荷载作用下的响应一直是工程实践中的重要问题。以某预应力混凝土双塔双索面斜拉桥为背景,通过改变梁索塔结合方式得到半飘浮和飘浮体系,对其动力特性和抗风稳定性进行分析比较。通过建立全桥有限元模型进行动力特性分析,得到自振频率及振型等参数,然后进行抗风稳定性分析。可知无论是飘浮体系还是半飘浮体系,在成桥状态下都十分安全,且飘浮体系抗风性能优于半飘浮体系,为同类双塔双索面斜拉桥抗风分析提供了有效的分析方法。     

上承式V拱桥体系转换及成桥力学性能分析

针对拱桥随着跨径增大而刚度下降,且在移动荷载作用下变形明显的问题,提出上承式V拱桥,在传统上承式拱桥的主梁和拱肋之间加入V形杆件,形成以主拱为下弦杆,V形杆件为腹杆,主梁为上弦杆的桁式结构,以提高结构的整体刚度和减小结构在移动荷载下的变形.以300 m跨径上承式拱桥为例,采用有限元软件研究结构进行体系转换的合理时机及成桥力学性能.结果表明:按顺序施工完拱肋、立柱及主梁后,加入V形杆件完成体系转换再进行二期恒载的施工方案较为合理,且该施工方案的施工阶段的应力及稳定性满足要求;300 m跨径上承式拱桥的强度、刚度、稳定性及动力特性均满足要求,且较传统拱桥具有更好的力学性能.     

实测模态下三跨整体桥精细化基准有限元模型

以一座新建的整体式桥台桥梁(简称整体桥)为工程背景,建立服务于健康监测的精细化基准动力有限元模型.将设计阶段基于梁格法建立的全桥三维模型与采用梁-壳单元的精细化模型作为初始有限元模型,把环境激励下获取的实测模态信息(自振频率与振型)作为参照,基于参数灵敏度分析修正了上述两种结构模型.结果表明：尽管两种模型修正后都可以获得与实测模态尤其是频率值较好的吻合度,但修正后的梁格模型的模型参数严重偏离其真实的物理意义,难以作为长期监测的基准模型;而修正后的精细化梁-壳单元模型的模型参数物理意义明确,可以作为计入环境因素影响(如温度、湿度等)的结构长期监测的基准模型.该研究还基于动力试验和模型分析结果讨论了整体桥特有的结构-土相互作用的问题.