金江金沙江大桥斜拉桥动力特性分析

摘要

斜拉桥的出现为世界桥梁的发展注入了新的活力.斜拉桥以其超强的跨越能力和出色的自身优点日益向大跨度方向迈进.随着跨度的增大,有很多问题随之而来,其中桥跨结构的自振特性、抗震、抗风以及车辆荷载的冲击振动等动力学问题尤为突出.斜拉桥与其它一般梁式桥在结构体系、材料受力性能等方面都有明显的差异,其抗风、抗震性能以及车振性能等均有其自身的特点.本文在收集有关斜拉桥及动力学资料的基础上,分析了斜拉桥动力学的解析分析法和有限元数值分析方法的优缺点,同时以金江金沙江大桥为背景,使用ANSYS软件建立了空间有限元模型,实施了桥跨结构的自振特性分析;详细介绍了三维空间模型的各种简化方法和形式,并对各种形式的简化模型的自振特性进行了对比.在金江金沙江大桥的瞬态动力分析中,模拟分析了当移动荷载以不同速度通过桥面时的时间历程动力响应以及在冲击荷载作用下桥跨结构的时间历程动力响应,并对桥跨结构在移动荷载和冲击荷载作用下的动力放大系数作了较为详细的分析.斜拉桥动力学特性的研究为桥梁的抗震设计、抗风设计以及车辆振动分析等方面的内容提供理论基础.通过动力学分析能更真实地揭示斜拉桥的桥跨结构在汽车车辆荷载作用下的受力与变形状况,并能够描述桥跨结构在地震作用和风荷载作用下的结构响应.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1世界斜拉桥的发展

1.2斜拉桥在中国的飞跃发展

1.3斜拉桥的发展趋势

1.3.1斜拉桥建设与发展的新动态

1.3.2斜拉桥的发展趋势

1.3.3研究意义及国内外现状

1.4课题研究内容及方法

第二章斜拉桥动力学分析内容及其原理

2.1斜拉桥动力学分析内容及方法

2.2斜拉桥动力特性的特点

2.3斜拉桥动力学理论解析分析法

2.3.1斜拉索的振动特性

2.3.2斜拉桥的固有振动

2.4斜拉桥动力学的有限元数值分析方法

2.4.1有限元数值分析方法简介

2.4.2有限元数值分析的基本过程

2.4.3结构自振的有限元数值分析法

2.4.4结构动力响应有限元分析

2.5本章小结

第三章金江金沙江大桥空间力学模型

3.1金江金沙江大桥工程概况

3.2空间力学模型简化分析

3.3斜拉桥的动力分析模型

3.3.1斜拉桥的动力离散和质量矩阵

3.3.2斜拉桥的动力计算模式

3.4本章小结

第四章金江金沙江大桥自振特性分析

4.1斜拉桥的自由振动特性分析的经验公式法

4.2斜拉桥自由振动分析的三维空间有限元法

4.3金江金沙江大桥模型的自振特性分析

4.4斜拉桥部分主要构造对自振特性的影响分析

4.4.1索塔单元划分对斜拉桥自振特性的影响

4.4.2辅助墩对斜拉桥自振特性的影响

4.4.3边界约束条件对斜拉桥自振特性的影响

4.5本章小结

第五章斜拉桥的动力响应分析

5.1车辆荷载对于斜拉桥的动力响应

5.2匀速移动荷载通过桥面的动力响应分析

5.2.1匀速移动荷载通过桥面的挠度动力响应

5.2.2匀速移动荷载通过桥面的斜拉索索力动力响应

5.2.3匀速移动荷载通过桥面时主梁轴力的动力响应

5.2.4匀速移动荷载通过桥面的弯矩动力响应

5.3冲击荷载作用下的动力响应分析

5.3.1冲击荷载作用下的主梁挠度动力响应分析

5.3.2冲击荷载作用下的斜拉索索力动力响应分析

5.3.3冲击荷载作用下的主梁弯矩动力响应分析

5.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文