泰州大桥非线性结构动力响应研究

摘要

20世纪90年代初以来，随着中国经济的高速发展，多塔悬索桥在桥梁建设中被越来越多的采用。
　　本文以正在建设中的泰州大桥-三塔两跨悬索桥为工程背景，运用有限元分析程序ANSYS建立泰州大桥整体有限元模型。在此基础上分析了温度效应对大桥结构动力特性的影响，并进行了单车移动荷载和模拟车流荷载作用下的大桥动力响应分析。主要研究内容包括以下方面：
　　(1)介绍了大跨悬索桥的发展与现状及悬索桥的分析理论与求解方法。考虑大跨悬索桥的非线性特征，选择了合理单元对泰州大桥各个构件进行模拟。建立泰州大桥非线性有限元模型，进行了泰州大桥动力特性分析。通过与双塔悬索桥动力特性(振型、频率)的比较，讨论了多塔悬索桥的动力特性规律。
　　(2)对与泰州大桥交通状况类似路口的交通流量进行了统计分析与车辆荷载模型参数估计。得到了车型、车重和行车间距的概率模型。基于蒙特卡罗原理使用MATLAB编制了生成车流软件，并根据车辆荷载模型参数生成了满足统计分布规律的车流荷载并编制程序实现在ANSYS上加载。
　　(3)在进行含缆索张力的结构静力分析前设置整体温度差，通过对温度变化导致线形和内力发生变化的结构进行含缆索张力的模态分析的方法，分析了双塔悬索桥在整体温度变化下的动力特性，并将结果与其安全监测系统的分析数据进行了对比。表明：不同振型对于整体温度变化敏感性不同，侧弯振型与竖弯振型随温度变化规律不同。
　　(4)进行了整体温度变化对于泰州大桥主梁线形及主缆、吊杆内力的影响分析。从Euler-Bernoulli梁出发，导出了杆件单元的温度变化后动力特性等效刚度表达式，通过计算等效刚度分析了整体结构温度变化对于泰州大桥动力力特性的影响。表明：各阶频率值随温度变化呈近似线性变化关系，温度与主梁标高呈反比关系。
　　(5)进行了单车移动荷载作用下泰州大桥的动力响应分析，分别考虑了车速、车重和车道对于结构动力响应的影响。通过对泰州大桥有限元模型加载模拟车流，进行了模拟车流下泰州大桥动力响应分析，讨论了不同区域的位移响应、应力响应及其分布特征。