弧形闸门静动力特性分析研究
弧形闸门静动力特性分析研究
吴琦斌
摘要：建立了某水电站大型弧形闸门的有限元模型,分析和研究了在闭门挡水状态的闸门主要部件的应力状态和变形情况。并对闸门在考虑流固耦合和不考虑流固耦合两种情况下的自振特性(频率和振型)进行研究。为闸门的结构优化设计提供了依据。
关键词：弧形闸门；静力特性；自振特性；流固耦合
The Radial Gate Static And Dynamic Characteristics Analysis
Research
Wu qibin
Abstract：The finite element model of a hydropower station large radial gate was established. The main components stress and deformation state of gate was analyzed and researched in the condition of closed water retaining. Natural vibration
characteristics (frequency and vibration mode) of the gate were performed considering fluid-structure coupling and ignoring
fluid-structure coupling. The analysis and research provide the basis for structure optimization design of the gate.
Key words: radial gate; static characteristics; natural vibration characteristics; fluid-structure coupling
0 引言
弧形闸门被作为水闸中最简单、经济、灵活的一种门型，得到了广泛的应用。然而在我国几十年的使用过程中，还是出现了不少的问题，通过对闸门的破坏事件[1]统计可知：一方面是由于设计及结构布置的不合理，如按平面体系设计时不能准确反应闸门各构件间的相互联系以及非计算构件在闸门上的作用，使得某些关键部位安全富裕度不够、闸门两侧止水漏水引起的闸门自激振动，支臂刚度较差导致的支臂失稳破坏；传统的闸门大多是按平面结构体系方法进行设计，仅在主框架平面内进行计算，不能全面反映闸门的空间受力情况，会造成闸门强度和整体结构的不协调[2]。
另一方面是由于闸门在启闭及局部开启运行中由于外部激励源的作用而产生振动，当激励源的频率与结构的固有频率接近时，结构会发生共振，造成闸门及周围建筑物的破坏。因此对已设计运行的弧形闸门进行静力及动力特性分析是很有必要的[3]。
1 弧形闸门静力特性分析
1.1有限元模型
弧形闸门主体结构主要由门叶、支臂和支铰三大部分组成。门叶主要由主、次横梁、主、次纵
梁、肋板，上下底梁、边梁等构件组成。支臂用于支承主横梁或者主纵梁，主梁与支臂构成主框架，
它们承受由面板和次梁传递来的自重和水压力等荷载，然后将力传递给支铰，最后通过支铰把力传
递给闸墩。
作者简介：吴琦斌（1989-），男，E-mail：wqb10086 @https://www.wendangku.net/doc/0714049492.html,
本文研究的弧形闸门为露顶式，孔口宽6.84m，闸门高8.5m，弧门半径12.0m,，设计水头7.2m。闸门结构采用立式液压启闭机启闭,操作条件为全水头动水启闭。闸门结构为复杂的空间结构体系，门叶和支臂主要用shell单元模拟，支铰主要用和C3D8R和C3D6实体单元模拟。支臂与门叶连接处使用tie做约束处理。铰链处建立参考点，释放一个绕铰链轴线方向旋转自由度。有限元模型如图1所示，模型共有56734个单元，54263个节点。
图1 弧形闸门有限元模型
根据设计资料，弧形闸门的制作材料为Q345B钢，材料的基本参数选取如下：弹性模量E=2.06×1011Pa，泊松比μ=0.26，密度ρ=7850kg/m3。静应力校核依据：根据《水利水电工程钢闸门设计规范》[4]和《水利水电工程金属结构报废标准》[5]规定，在役闸门进行强度验算时的最终修正系数k ＝0.9025。闸门厚度分布在16-24mm之间，允许的局部承压应力值[σcd=220MPa]。考虑弧形闸门的结构特点，采用第四强度理论(即von Mises理论)进行校核。其强度为：[(σ1?σ2)2+(σ2?σ3)2+(σ3?σ1)2]
2≤[σ](1)式中，σ1、σ2、σ3为三个主应力。静变形依据：《水利水电工程钢闸门设计规范》[5]规定露顶式工作闸门最大挠度应小于计算跨度的1/600。弧形闸门的跨度为6840mm，因而该闸门的最大变形不得超过11.4mm。
1.2约束和载荷
本次分析的工况：1)闭门挡水状态，吊耳处不受力，闸门底缘受到约束。2)开启瞬间状态，闸门底缘不受约束，吊耳处受力，绕闸门支铰旋转。
边界约束：坐标系定义，弧形闸门高度方向为Z轴，铰链旋转轴向为Y轴。工况一，在铰链处约束UX、UY、UZ 三个方向的平动位移及绕X 轴及Z轴的转动位移；闸门两侧受侧向支撑，实际是单向约束，本文做近似假设，约束其侧向的位移，即方向的Y向平动自由度。面板底槛受到沿闸门切向的支撑，也属单向约束情况，本文约束其切向的位移，即Z向的平动自由度。工况二，在铰链处，侧向支撑处约束同于工况一，在吊耳处设置参考点与吊耳的孔四周的节点做刚性连接，建立以此节点指向油缸铰支座方向为X1轴的局部坐标系，约束该参考点的X1向位移[6]。
计算载荷：工况一：静力荷载为弧形闸门自重和静水压力；工况二：静力荷载为弧形闸门自重
与静水压力。
1.3 静力计算结果及分析
1.3.1 闸门应力强度分析
弧形闸门所受重力通过施加Z方向的重力加速度来实现，按梯形分布荷载形式的静水压力则通过定义静水压力为零的坐标轴Z的值，以及闸门所受最大静水压力位置的坐标Z值。最大静水压力按水力学公式p=ρg?计算[7]，其中水的密度ρ=103kg/m3，重力加速度g=9.8m/s2，h=7.2m。
图2为工况一闸门的应力云图，闸门中下部出现应力集中区，高于两侧的应力和上部的应力。最大应力值约为89.19Mpa位于支臂的下半臂处。由图3知工况二的应力云图，最大应力约为91.86Mpa，也是位于闸门支臂下半臂处，吊耳处也有应力集中的现象。
图2 工况一闸门应力云图（1/2模型）
图3 工况二闸门应力云图（1/2模型）
表1列出了两种工况下闸门各部件最大应力值，在支臂下半壁处存在较大应力。两种工况的整体的应力分布趋势相同，这说明支臂与纵隔板的下隔板在承担水压里方面起主要作用；其次是弧形面板，这种力的分许有利于闸门的启闭。弧形面板、纵隔板、主横梁、组成了牢固的网格结构，承担了来自弧形面板的水压力。闸门整体受力较均匀，最大应力值均小于许用应力值，闸门强度满足要求。
表1闸门主要部件的最大应力值Mpa 工况闸门整体弧形面板主横梁纵隔板支臂
1 89.19 60.55 39.68 63.48 89.19
2 91.86 60.87 47.50 66.9
3 91.86
1.3.2 闸门位移刚度分析
由图4知工况一闸门最大位移约为3.7mm，位于闸门门叶的中下部，变形趋势符合闸门的受力的情况。图5显示工况二闸门的最大位移约为3.6mm，也位于位于闸门门叶的中下部，变形趋势和最大位移均与况一想类似，这与闸门的实际受力情况相符。由表2可知，闸门的各构件变形值均在规定许可范围内，闸门刚度满足规范要求。
图4 工况一位移云图（1/2模型）
图4 工况二位移云图（1/2模型）
表2闸门各部件最大位移mm 工况闸门整体弧形面板主横梁纵隔板支臂
1 89.19 60.55 39.68 63.48 89.19
2 91.86 60.87 47.50 66.9
3 91.86
2.弧形闸门自振特性分析
2.1动力特性基本理论
结构动力学平衡方程：
M δ+C δ+Kδ={P t}(2)式中，M为结构质量矩阵；C为结构阻尼矩阵；K为结构刚度矩阵； δ为节点加速度矢量； δ为节点速度矢量；δ为节点位移矢量；{P t}可以分为两部分[8,9]，P t1和{P t2}。其中P t1为闸门静止状态时作用在闸门上的脉动载荷，目前只能通过实验得到；{P t2}为由于闸门振动而引起的附加扰动流场作用在闸门上的附加载荷，以附加质量项的方式体现。当P t1=0时，闸门为自由振动状态，把附加项加入式以后，就得到了流固耦合自由振动的方程：
M+?M δ+C δ+Kδ=0(3)附加质量模拟
附加质量是Westergaard[10,11]在对水体-坝体基础上提出的一种考虑水体对结构的作用的一种简化计算方法。它将动水压力沿水深方向近似的按抛物线分布，根据实际动水压力在坝踵的弯矩与模拟的动水压力对坝踵的弯矩相等的条件，得到沿坝面高度的动水压力幅值为：
k n H0h(4)
P S=7
8
式中: k n为地震系数，H0为库水深度，h 为计算点的坝高。由于动水压力同惯性力相似，因此可以采用附加在坝面上的一定质量的水体来代替动水压力，于是得到Westergaard附加质量公式：
ρH0h(5)
M=7
8
由于闸门可以看成是一种特殊的可移动的坝体，因此本文根据式（5）编制了相应的命令，采用质量单元Mass21 模拟附加质量的作用，施加到结构挡水面相应的节点上。
2.2计算边界条件及工况
模态分析边界条件为：弧形闸门支铰约束其UX、UY、UZ 三个方向的平动位移及绕Y轴及Z 轴的转动位移，两侧由于有侧向支撑，因此约束其UZ 方向的位移，其他部位则无约束。
此次计算分两个工况：1）无水，弧形闸门处于关闭状态时的动力特性计算；2）有水，通过施加附加质量考虑水流对结构耦合的影响。
2.3 闸门自振特性结果及分析
闸门结构无水时及有水时前5阶自振频率计算结果如表3、4 所列，从表中可知，不论是否考虑流固耦合影响，闸门结构的自振频率均随着闸门开度的增加而增大。表明闸门在开启过程中，整体刚度发生变化，从而导致闸门振动频率发生变化，随着开度增加，振动频率增加。
表3 闸门干模态分析结果HZ
阶次闭门开度1m 开度3m 开度5m
1 5.424 5.350 5.52
2 5.653
2 9.954 10.204 9.874 9.660
3 15.066 15.177 14.64
4 14.862
4 41.724 41.566 40.786 40.427
5 48.370 47.918 47.054 48.582
表4 闸门湿模态分析结果HZ
阶次闭门开度1m 开度3m 开度5m
1 3.41
2 4.141 4.632 5.045
2 7.137 8.867 8.397 8.989
3 9.868 12. 445 12.796 13.033
4 33.921 37.701 38.35
5 39.652
5 43.72
6 45.675 46.885 47.982
从表5的数据可以看出，在考虑流固耦合效应之后，引入附加质量对闸门的固有频率是有影响的。与无水情况下相比有水时闸门结构的自振频率均有所降低，并且对同一阶频率其影响程度随着开度的增大但对各阶频率的影响是不同，分析其原因，前者主要在于随着闸门开度增大，附加水体质量也随之减小的缘故，后者则与闸门结构的振型有关。
表5 附加水体质量对闸门自振特性的影响（f无水–f有水）/ f无水
阶次闭门开度1m 开度3m 开度5m
1 37.1% 30.3% 22.6% 12.6%
2 28.3% 24.7% 18.5% 10.4%
3 34.5% 28.5% 19.8% 12.9%
4 18.7% 15.6% 11.2% 5.8%
5 9.6% 8.4% 6.3% 4.7%
3 结论
（1）依据闭门挡水状态的闸门的静力学分析结果，各种工况下闸门结构均能满足强度、刚度设计要求。
（2）从前述有水、无水情况下闸门自振特性计算结果来看，附加水体对闸门自振特性有影响且影响程度与闸门振型和闸门的开度有关，流固耦合效应不容忽视。分析结果可为同类型闸门的设计制造提供一定的参考。
[参考文献](References)
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弧形闸门静动力特性分析研究
弧形闸门静动力特性分析研究 吴琦斌 摘要：建立了某水电站大型弧形闸门的有限元模型,分析和研究了在闭门挡水状态的闸门主要部件的应力状态和变形情况。并对闸门在考虑流固耦合和不考虑流固耦合两种情况下的自振特性(频率和振型)进行研究。为闸门的结构优化设计提供了依据。 关键词：弧形闸门；静力特性；自振特性；流固耦合 The Radial Gate Static And Dynamic Characteristics Analysis Research Wu qibin Abstract：The finite element model of a hydropower station large radial gate was established. The main components stress and deformation state of gate was analyzed and researched in the condition of closed water retaining. Natural vibration characteristics (frequency and vibration mode) of the gate were performed considering fluid-structure coupling and ignoring fluid-structure coupling. The analysis and research provide the basis for structure optimization design of the gate. Key words: radial gate; static characteristics; natural vibration characteristics; fluid-structure coupling 0 引言 弧形闸门被作为水闸中最简单、经济、灵活的一种门型，得到了广泛的应用。然而在我国几十年的使用过程中，还是出现了不少的问题，通过对闸门的破坏事件[1]统计可知：一方面是由于设计及结构布置的不合理，如按平面体系设计时不能准确反应闸门各构件间的相互联系以及非计算构件在闸门上的作用，使得某些关键部位安全富裕度不够、闸门两侧止水漏水引起的闸门自激振动，支臂刚度较差导致的支臂失稳破坏；传统的闸门大多是按平面结构体系方法进行设计，仅在主框架平面内进行计算，不能全面反映闸门的空间受力情况，会造成闸门强度和整体结构的不协调[2]。 另一方面是由于闸门在启闭及局部开启运行中由于外部激励源的作用而产生振动，当激励源的频率与结构的固有频率接近时，结构会发生共振，造成闸门及周围建筑物的破坏。因此对已设计运行的弧形闸门进行静力及动力特性分析是很有必要的[3]。 1 弧形闸门静力特性分析 1.1有限元模型 弧形闸门主体结构主要由门叶、支臂和支铰三大部分组成。门叶主要由主、次横梁、主、次纵 梁、肋板，上下底梁、边梁等构件组成。支臂用于支承主横梁或者主纵梁，主梁与支臂构成主框架， 它们承受由面板和次梁传递来的自重和水压力等荷载，然后将力传递给支铰，最后通过支铰把力传 递给闸墩。 作者简介：吴琦斌（1989-），男，E-mail：wqb10086 @https://www.wendangku.net/doc/0714049492.html,
EPS动力特性试验研究
第２７卷 第１１期 岩 土 工 程 学 报 Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．１１ ２００５年 １１月 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｏｖ．， ２００５ EPS动力特性试验研究 朱向荣１， ２，方鹏飞１，李云飞３，朱赞凌４ （１．浙江大学 宁波理工学院，浙江 宁波 ３１５１００；２．浙江大学 岩土工程研究所，浙江 杭州 ３１００２７；３．宁波宁兴房地产开发有限公司，浙江 宁波 ３１５０１２；４．广东虎门技术咨询有限公司，广东 广州 ５１０６３０） 摘 要：采用动三轴试验研究EPS在不同加载频率、不同循环次数和不同围压的下强度和模量等的变化规律，为EPS 工程应用提供一些理论依据。 关键词：EPS；HX－100多功能伺服式三轴仪；循环荷载；应力应变关系 中图分类号：TU 411.93 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2005)11–1253–04 作者简介：朱向荣(1961–)，男，浙江义乌人，浙江大学宁波理工学院副院长，浙江大学岩土工程研究所教授，博士生导师，主要从事软粘土力学、桩基工程、地基处理和环境岩土工程等方面的研究。 Study on dynamic behavior of EPS ZHU Xiang-rong1, 2, FANG Peng-fei1, LI Yun-fei3, ZHU Zan-ling4 (1. Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 3. Ningbo Ningxing Real Estate Co., Ningbo 315012, China; 4. Guangdong Humen Technical Consultant Ltd., Guangzhou 510630, China) Abstract： The variation of stress-strain relationship of EPS and modulus under the conditions of different loading frequency, cycles, and confining pressure was studied with dynamic triaxial test. The obtained results can provide the theoretical basis for the practical engineering application of EPS. Key words: expanded polystyrene; HX-100 servo triaxial apparatus; cyclic load; strain-stress relation ０ 前 言 EPS（Expanded Polystyrene）全称为发泡聚苯乙烯，是一种良好的轻质回填材料，具有超轻性、自立性、施工简便等优点，自20世纪70年代起便被应用于国外的路基处理、桥头填埋等土建工程领域[1~3]。目前EPS在国内仅在东南沿海经济发达、软基分布广泛的几个省市，如浙江、广东等省中有一些应用，且多数应用于应急补救工程。1995年，杭甬高速公路宁波段望童桥头路堤采用EPS很好的处理了桥头路基出现的滑塌征兆和桩身、桥台立柱出现多处的严重环向裂缝，至今使用情况良好[4]。 国内外岩土工作者主要对EPS的物理化学性质和力学性质方面展开了研究。物理化学性质方面，主要研究EPS本身的物理化学性质特点和EPS块体所适应的周围水土介质环境，研究在土工应用过程中应采取的适宜防护措施[5~8]。力学性质方面，主要研究EPS 的应力–应变关系、压缩变形特性、抗弯性能、蠕变性能和摩擦性能等。在EPS的应力–应变关系和压缩变形特性的研究中，主要开展了单轴压缩试验和三轴压缩试验，得出相应条件下EPS的应力–应变试验关系曲线[3，5，9~11]。然而在大量实际工程中，如EPS用作路堤和桥台台背填料等，EPS材料上部主要荷载是车辆荷载等一些动荷载，因此有必要对EPS材料在动荷载条件下的力学性能进行研究。本文采用动三轴试验对EPS材料的动力特性进行试验研究，找出其内在的力学性质规律性，为EPS工程应用提供理论依据。 １ 试验原理和方法 试验在HX–100多功能伺服式三轴仪上进行[12]。此三轴仪由微机控制加载系统和数据采集处理系统组成，可以完成动静两种状态下的无侧限压缩试验、三轴剪切试验和一维固结试验。配套系统有：真空抽气系统、计算机辅助系统等。 研究表明，影响试验结果的因素有试样形状、尺寸、试验加荷速度等，此外还受试样外表加工精度、试样表面平整程度等的影响。试样密度为24 kg/m3， ─────── 收稿日期： ２００５–０１–１７
大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究
第40卷第9期建 筑 结 构2010年9月 大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究 熊耀清, 何云明, 吴小宾 (中国建筑西南设计研究院有限公司,成都610081) [摘要] 以一个跨度199m 、宽跨比仅1P 132,且地处峡谷的钢结构柔性悬索桥为工程背景,采用ANSYS 有限元软件进行了大跨极窄人行悬索桥动力特性及非线性风振响应研究。结果表明,该类桥的基本周期较通常的大型公路悬索桥明显偏短,采用抗风缆的抗风措施能够改变结构振型的排列顺序和改善结构抗风性能;采用基于线性滤波法的自回归(AR)模型应用MATLAB 模拟了考虑桥址风特性的水平及竖向脉动风时程,结果表明满足分析与设计需求;比较了水平及水平和竖向风工况下有无抗风措施时悬索桥的非线性风振响应,结果表明结构抗风性能满足安全要求。 [关键词] 大跨极窄悬索桥;动力特性;桥址风特性;非线性风振;抗风措施 Research on dynamic characteristics and wind vibration response of a pedestrian large -span and slender suspension bridge Xiong Yaoqing,He Yunming,Wu Xiaobin (Chi na South west Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.,Chengdu 610081,China) Abstract :Based on a steel truss flexible suspension bridge in mountainous area,which has the main span of 199m and the wide -span ratio of 1P 132,the dynamic characteristics and nonlinear wind vibration response of the pedestrian large -span and slender suspension bridge were analyzed by ANSYS.The resul ts indicate that the basic period of the bridge is shorter than that of general large high way suspension bridge obviously,and the wind fortification measures can change dynamic characteristic of the suspension brid ge and can increase its wind resistance performance.Considering the wind characteri stics of the bridge si te,the wind load history was simulated with AR model by MATLAB https://www.wendangku.net/doc/0714049492.html,pared the nonlinear wind vibration response with and wi thou t forti fication measures under horizontal and horizontal &vertical wind load,i t shows that the wind resistance performance of the brid ge is qualified when i t comes to safety requirement. Keywords :large -span and slender suspension bridge;dynamic characteristic;wind characteristics of the bridge site;nonlinear wind vibration;wind fortification measures 作者简介:熊耀清,博士,高级工程师,Emai l:xyq729730@https://www.wendangku.net/doc/0714049492.html, 。 0 引言 大跨度、窄桥面悬索桥造价低廉、施工方便,在我 国西部山区应用较多。因其上部结构刚度较小,对风敏感,且多建于风场复杂的峡谷、山口等特殊地形山区[1],导致结构所承受的风荷载不同于常规结构,从而对抗风设计提出了更高的要求。而现有的大跨悬索桥的风振响应分析都是基于大型公路桥梁[2,3],现行桥梁设计规范对于大跨极窄的人行悬索桥没有相关规定。为给该类悬索桥的抗风设计及施工提供基本数据,以某景区的人行悬索桥为工程背景,研究了其结构自身的动力特性及桥址处山区风特性,进行了详细的风荷载静力及非线性风振响应分析,并比较了采用加抗 风缆、栏杆、中央扣等抗风措施后悬索桥的抗风性能。1 工程概况 某悬索桥地处低山丘陵地带,山体呈V 形走廊,海拔高度650~700m,桥体横跨东、西两岸,桥面相对谷底的垂直高度约为100m 。该桥主要用于连接两岸,桥型 布置如图1所示。采用单跨钢结构柔性悬索桥形式,跨度199m,主缆间距115m,矢跨比1P 1312,宽跨比达1P 132,吊杆间距310m 。主缆为悬索桥主要承重结构,两端固定于锚碇,两岸桥塔为主缆提供中间支承(在塔顶设置主索鞍)。加劲梁及桥面系通过吊杆悬挂于主缆上,并在主塔处设置支座,提供支承,抗风缆通过抗风拉索与桥面横梁相连,并组成一个与铅垂面呈30b 夹角的平面。主缆采用2根7<38的平行钢丝束索,抗拉强度1770MPa;吊杆采用圆钢<40;抗风缆采用2根<44的钢丝束索,抗拉强度1770MPa 。桥面系包括加劲梁、桥面铺装、栏杆等,加劲梁为梁格体系,由纵、横梁及风联钢构(即桥面水平撑)焊接而成,纵、横梁分别采用工 字钢I14,I20,材质为Q345;桥面铺装为宽300mm 、厚80mm 松木板条,间缝10mm,木板采用锚栓与桥面纵梁连接,栏杆采用<50钢管,间距115m;桥塔为钢筋混凝 148
大跨径混合梁斜拉桥的动力特性分析
大跨径混合梁斜拉桥的动力特性分析 发表时间：2018-12-13T09:25:46.667Z 来源：《建筑模拟》2018年第27期作者：范晓杰 [导读] 本文以一个大跨径的混合梁斜拉桥为例，采用大型有限元分析软件madis civil建立模型，用子空间迭代法对模态进行求解，得出了自振频率、振型，并结合混合梁斜拉桥的结构特点分析其动力特性。 范晓杰 浙江省嘉兴市交通工程质量安全监督站 314000 摘要：本文以一个大跨径的混合梁斜拉桥为例，采用大型有限元分析软件madis civil建立模型，用子空间迭代法对模态进行求解，得出了自振频率、振型，并结合混合梁斜拉桥的结构特点分析其动力特性。在此基础上考虑分别在横向和纵向输入地震波，用反应谱法分析产生的影响。结果表明，前十阶振型中竖向振型较多，频谱较为密集，没有出现扭转振型，纵向、横向的振型耦联效应较小等，为目前其他同类型混合梁斜拉桥的动力特性分析研究提供参考。 一、工程概况 永川长江大桥主桥全长1008m，跨径布置为（64+68+68+608+68+68+64）m的7跨半漂浮体系混合梁斜拉桥，边跨设置1个过渡墩，2个辅助墩。索塔采用宝瓶型钢筋混凝土索塔，塔高分别为196.7m、207.4m。边跨为预应力PK断面混凝土箱梁，中跨也为同外形的PK断面钢箱梁，梁高3.5m，宽37.6m。拉索为双索面扇形构造，边跨11对索间距为10m，7对索间距为8m，主跨索间距为15m。 二、斜拉桥的动力特性分析 结构的动力响应取决于结构本身的动力特性和外部荷载的激励，所以在进行抗风稳定、抗震分析时往往得先进行自振特性分析。 采用子空间迭代法计算自振频率及相应的振型如表3.1所列。 表3.1桥梁的自振特性 一阶振型为纵飘，这是由于斜拉桥的设计主要考虑控制结构的横向和竖向变位，而允许纵向移动，很好的提高了桥梁的抗震能力。 二阶振型为主梁对称竖弯，主梁的竖弯也会引起桥塔的纵向弯曲，从表3.1中可以发现在前十阶振型中出现较多的主梁对称和反对称竖弯，因此在抗震设计中要着重考虑主梁的竖向和桥塔的纵向位移。 三阶振型为主梁对称横弯，这说明了主梁的横向刚度较小，抗风稳定性较差，在抗震设计中也应该注意控制。 结构的一阶对称竖弯、横弯振型出现在2、3阶，根据经验这符合大跨度斜拉桥的动力特性的一般特点。 表3.1中没有出现扭转振型，这符合双索面、箱梁布置的斜拉桥动力特性，抗扭刚度较大。 本桥的前十阶振型自振频率在0.0823～0.8684，说明结构的模态比较密集，在动荷载作用下许多振型容易被引起强烈的振动。 在前十阶振型中出现了很多的主梁竖向弯曲，这是由于混合梁斜拉桥中钢箱梁的刚度小于混凝土梁的刚度而引起的。 为了分析本桥的纵、横向的耦联效应，分别在纵向、横向输入地震波。考虑该桥所在区域抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅰ类，选择主梁的内力值进行分析，结果如表3.2所示，塔顶、跨中的位移如表3.3所示。 表3.2 主梁内力值分析结果 表3.3 塔顶、跨中位移值（单位：mm） 横向地震反应引起的主梁反应主要是y方向的剪力和弯矩，且混凝土梁的反应大于钢箱梁；而x方向、z方向的剪力及弯矩都较小。纵向地震反应时主梁x、z方向剪力及弯矩较大，说明在输入纵向地震反应时结构会产生竖向内力，混凝土梁的反应亦大于钢箱梁。
车辆动力学概述
车辆动力学概述 回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。 1.历史发展 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。 2.研究内容 严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。 纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。 3.车辆特性和设计方法
基于ANSYS钢桁架桥的静动力分析
基于ANSYS钢桁架桥的静动力分析 黎波含 华北科技学院 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了空间有限元建模;对桁架桥进行了静力分析和动力分析（模态分析），作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面，在对桁架桥进行模态分析时，主要绘制出了桁架桥的八阶模态振型图，得出一些结论，这些都为桥梁的设计、维护、检测提供了一些技术参数。关键词：ANSYS；钢桁架桥；模态分析；动力特性 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其进行静动力学分析了解其受力特性具有重要的意义。基于此文中对某下承式钢桁梁桥进行了静动力学分析，初步得到了该桥的一些静动力学结果该结果对桥梁的设计、维护、检测具有一定的指导意义。 1工程简介 某一下承式简支钢桁架桥桥长72米，每个节段12米，桥宽10米，高16米。桥面板为0.3米厚的混凝土板，桁架桥的杆件均使用的是工字型截面但型号有所不同，钢桥的形式见图1，其结构简图见
图2 图1 图2 刚桁架桥简图 所用的桁架杆件有三种规格，见表1 表1 钢桁架杆件规格 杆件截面号形状规格 端斜杆 1 工字形400X400X16X16 上下弦 2 工字形400X400X12X12 横向连接梁 3 工字形400X400X12X12 其他腹杆 4 工字形400X300X12X12 所用的材料属性见表2 表2 材料属性 参数钢材混凝土弹性模量EX 2.1×1011 3.5×10 泊松比PRXY 0.3 0.1667 密度DENS 78502 2500 2 模型构建 将下承式钢桁梁桥的各部分杆件，包括上弦杆、下弦杆、腹杆、
第四章 旋转机械的动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性机械系统动力学 第四章旋转机械的动力学特性 旋转机械 的 动力学特性 第四章旋转机械的动力学特性第四章第四章转子动力学的任务和内容 第四章临界转速critical speed
第四章转子系统临界转速的概念 中经过某一转速附近时，支撑系统经常会发生剧烈振动 第四章旋转机械的动力学特性 由于材料、工艺等因素使圆盘的质心偏离轴线，偏心距为e 。当转子以等角速度ω自转时，偏心引起的离心惯性力将使轴弯曲，产生动挠度。 转子的临界转速 第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性 第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性 可见，这时质心的坐标为（0，0）。质心C 与旋转中心O 1重合，圆盘和弯曲的轴都绕着质心C 旋转。自动定心现象 第四章旋转机械的动力学特性 第四章转机械的动力学特性 单转子的临界转速和振型 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型 第四章支承刚度对临界转速的影响 支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。 第四章学特回转效应对临界转速的影响 回转效应是旋转物体惯性的表现，它增加轴此圆盘轴线方向不变，没有回转效应 此圆盘轴线方向变化，回转效应增加轴的刚性 第四章械的动力学特性 高压转子中压转子低压转子发电机转子 多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。 全长30余米，共 。
第四章力学特多转子轴系的临界转速和振型 200MW 高压转子中压转子 低压转子 发电机转子 轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用第四章旋转机械的动力学特性 多转子轴系的固有频率和振型 第四章200MW 汽轮发电机组轴系 第四章第四章转子的不平衡响应 对不平衡不敏感。不敏感转子 阻尼小阻尼大第四章转子的稳定性stability 对称 第四章旋转机械的动力学特性 产生的稳定的周期性振动,叫自激振动。
大跨度斜拉桥动力特性分析(精)
大跨度斜拉桥动力特性分析Ξ 陈淮郭向荣曾庆元 (郑州工业大学土建系,郑州,450002(长沙铁道学院土木系,长沙,410075 摘要本文提出一种计算大跨度钢桁梁斜拉桥动力特性的方法。文中分别采用桁段 有限单元、空间梁元、空间杆元计算斜拉桥中桁架、桥塔、 拉索的刚度矩阵与质量矩阵, 采用子空间迭代法求解特征方程,所得结果可供设计参考。 关键词有限元法;斜拉桥;自振频率;振型 分类号U 44112 1引言 桥梁结构的动力特性包括自振频率及主振型等,它是桥梁计算的重要课题之一。桥梁结构的动力特性反映了桥梁的刚度指标,它对于正确地进行桥梁的抗震设计及维护,有着重要的意义。我国设计的某大跨度钢桁梁斜拉桥,这种桥型的自振频率和主振型的计算困扰着设计人员。钢桁梁斜拉桥是一个空间杆系结构,从理论上讲计算这种结构的空间振动自振频率及主振型并不是十分困难。然而,由于桥梁结构复杂,自由度很大,加上实际桥梁受结点及支座的约束等,完全由理论按空间梁元计算钢桁梁斜拉桥自振频率及主振型并不容易。本文探讨这种桥型动力特性的计算方法,对于桁梁、应用桁段有限元法,将桁梁取为桁段单元,每个桁梁节间断面有10个自由度。桥塔取为空间梁单元,每个结点有6个自由度。斜拉桥拉索取为空间桁元,分析了国内设计中的某特大跨度斜拉桥的自振特性。文中在形成结构总体刚度矩阵
及质量矩阵时,使用形成矩阵的“对号入座”法则〔1〕,能很简便地考虑桥门架、横联等局部构件的作用。数值算例表明,这种方法使用方便,结果可靠,结构自由度数可大大降低等优点,是斜拉桥动力分析的有效方法。 2计算模型及其主要假定 211桥梁简介 国内设计的某特大跨度钢桁梁斜拉桥为双塔双索面斜拉桥。主梁采用五跨连续钢桁梁,其中主跨跨长368米,主梁宽20米,主梁高1415米,总长864米;桥塔是一个钢筋混凝土框架,塔高113米,每塔有10对索与主梁相连,构成扇形索面,桥梁简图如图1所示。 212计算模型及主要假定 21211桁梁单元 钢桁梁斜拉桥是一个相当复杂的结构,为了减少自由度,主桁采用桁段有限元计算,在不失对桥梁结构主要因素研究的前提下,本文采用以下主要假定: 第14卷第1期 计算力学学报V o l .14N o.11997年2月CH I N ESE JOU RNAL O F COM PU TA T I ONAL M ECHAN I CS February 1997 Ξ河南省自然科学基金资助。 本文于1995年9月5日收到,1996年7月8日收到修改稿。
深海系泊系统动力特性研究进展_唐友刚
文章编号:1005-9865(2008)01-0120-07 深海系泊系统动力特性研究进展 唐友刚,张素侠,张若瑜,刘海笑 (天津大学建筑工程学院,天津 300072) 摘 要:系泊系统设计是深海平台开发的关键问题之一。由于深海环境载荷和系泊材料物理特性及系缆构型影响,系泊系统分析涉及流固耦合非线性、非线性流体动力及整个系泊系统的运动稳定性。总结深海系泊系统关键理论和技术研究的前沿问题,包括系泊系统系缆建模、系泊系统耦合动力分析的理论和方法等,重点分析系泊系统非线性动力学问题的研究进展,并且提出了深海系泊系统需要深入研究的若干动力学问题。 关键词:深海系泊;深海平台;动力响应;运动稳定性 中图分类号:U674.38 文献标识码:A Advance of study on dynamic characters of mooring systems in deep water TANG You -gang ,ZH ANG Su -xia ,ZH ANG Ruo -yu ,LIU Hai -xiao (School of Civil Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China ) A bstract :The design of moorin g systems is one of the key issues in the exploitation of platforms for deep water .Because of the effects of envi -ron mental load in deep water ,the physical characters of the mooring line material and the con figuration ,the analysis of the moorin g systems in -volves nonlinearity d ue to fluid -solid coupling ,the nonlinear h ydrodynamic forces and the stability of motions .In this paper ,some pivotal theo -ries and technical problems are presented ,includin g the modeling of the mooring line ,the theory and method of coupled dynamics analysis of the mooring system ,and focusing on the development of study on the nonlinear dynamics of moorin g systems .The future researches to be stud -ied about deep ocean mooring systems are recommended in the end . Key words :mooring in deep water ;platform in deep water ;d ynamic response ;stability of motion 收稿日期:2007-04-05 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50679051);国家自然科学基金重点资助项目(50639030);国家863资助项目(2007AA09Z304)作者简介:唐友刚(1952-),男,河北徐水人,博士,教授,从事船舶与海洋工程动力学及深海平台技术研究。 目前有多种用于浮体结构定位的系泊系统,如按照系泊方式划分,可分为悬链线系泊(catenar y mooring )、悬链线锚腿系泊(catenar y anchor leg mooring )、单锚腿系泊(single anchor leg mooring )、张力腿系泊(tension leg mooring )、系缆桩-缓冲系泊(dolphin -fender mooring )等。此外,按照系泊点的个数,可分为单点系泊系统和多点系泊系统。一般来说,系泊方式是根据系泊力的大小、水深、系索长度、是否配置中间浮体或沉箱、地形和海床条件来确定的。目前深水平台系泊系统主要采用多点系泊系统,系泊方式包括锚链悬链线系泊,具有预张力的尼龙缆系泊及复合缆系泊。 在开发深海油气的平台中,张力腿平台(TLP )和Spar 平台是公认的优秀平台形式,国外在墨西哥湾和北海已经建造了若干座TLP 和Spar 。工程实践表明,深海装备的关键技术之一是定位问题。随着水深增加,系缆的载荷迅速提高,平台作业单元运动的不稳定性增大。为适应深海平台开发的需要,近几年来,深海系泊理论和技术的研究得到了蓬勃发展。 第26卷第1期 2008年2月海洋工程 THE OCE AN ENGINEERING Vol .26No .1Feb .2008 DOI :10.16483/j .issn .1005-9865.2008.01.012
沙湾矮塔斜拉桥静动力特性分析(精)
沙湾矮塔斜拉桥静动力特性分析 本文以广州东新高速公路沙湾特大桥矮塔斜拉桥为工程背景,开展矮塔斜拉桥结构性能的分析研究,通过计算沙湾大桥在施工过程中和成桥运营阶段的静、动力响应,掌握了该大桥的受力状态,总结归纳了矮塔斜拉桥的一些结构特性。本文主要工作包括以下几点:(1)运用大型桥梁结构分析软件桥梁博士 V3.03建立沙湾大桥全桥平面梁单元结构模型,详细计算该桥在施工、运营阶段的结构静力力学行为。(2)分析混凝土收缩、徐变等主要时间效应因素对成桥后期结构的影响,计算分析运营阶段活载、风荷载、体系温度变化、温度梯度等各单独工况作用及各种组合下桥梁静力响应。(3)运用大型桥梁结构分析软件MIDAS2006建立沙湾大桥全桥空间梁单元结构模型,计算大桥的自振频率与周期;采用程序的反应谱分析功能计算大桥的振型,完成大桥的初步抗震分析工作。(4)沙湾特大桥采用二次调索施工措施,使得斜拉索在施工阶段的最大应力和最小应力比较均匀。在荷载作用下斜拉索的安全系数接近1.67,小于常规斜拉桥,提高了拉索的利用率。(5)沙湾特大桥的一阶自振周期为3.546s,远小于同等跨度斜拉桥的基本周期。矮塔斜拉桥的自振频率介于连续梁(刚构)与常规斜拉桥之间,属于刚柔相济的桥型。本文通过对沙湾特大桥的静、动力分析,较全面地掌握了该矮塔斜拉桥的力学特性,提出了该类桥梁设计中应注意的关键细节,为今后同类桥梁的设计和施工提供了良好的参考和借鉴。 同主题文章 [1]. 李黎,陈伟,龙晓鸿,胡亮. 四渡河特大悬索桥静力非线性分析' [J]. 华中科技大学学报(城市科学版). 2006.(02) [2]. 何新平. 矮塔斜拉桥的设计' [J]. 公路交通科技. 2004.(04) [3]. 赵卫东. 浅谈做好施工阶段投资控制的方法' [J]. 建筑设计管理. 2010.(01) [4]. 权刚. 特征值区域控制原理及其在电力系统稳定控制中的应用' [J]. 吉林电力. 1988.(Z1) [5]. 王治钧. 谈给排水工程的施工管理' [J]. 广东科技. 2009.(24) [6]. 王俊,刘立新,赵静超. 折线先张预应力混凝土梁施工阶段性能试验研究' [J]. 中外公路. 2009.(06) [7]. 季智敏. 建筑工程施工阶段成本管理与控制探讨' [J]. 中国高新技术
桥梁动力分析
模拟环境对塔玛悬索桥动力特性的影响 摘要 为了达到结构健康监测的目的，结构在环境因素的影响下，去理解、模拟和补充环境变化对结构动力特性的影响是极其重要的。本文中，已经研究了从英国塔玛悬索桥中测得的加速度值，这些加速度值是用数据激励随机子空间系统识别方法处理的，并且用温度和风载对结构自振频率的影响进行了环境变量的模拟。本文应用了两种方法：1）基于有效识别环境效应所致的线性变化规律的主因子分析法(PCA) ；2）元模型法,这是一种通过多项式函数的组合变化来确定系统输入输出关系的纯数学方法。研究发现在所有环境因素中温度是影响桥梁自振频率最关键的因素。 引言 环境因素对土木结构自振频率的影响是导致结构健康监测技术只能应用于实验室而不能在实际工程结构中得到应用的主要原因。在实验室发展起来的损伤检测技术往往无法在具有实验室相同条件的现场发挥作用；作为衡量破坏敏感性的特征参数也通常对工作环境引起的结构动力反应变化很敏感，而这种情况在实验室是不会出现的。这一方面的研究在过去的几年中得到了很大的关注，处理这个问题的方法在Sohn的关于工作环境对结构健康监测的影响一文中有很好的阐述。 本文研究了环境因素对塔玛悬索桥自振频率的影响，尤其是温度和风速的影响。以前主要集中在温度变化对桥梁模态频率相关性的研究上，事实上，温度被认为是环境因素中对模态特性影响最主要的因素。进一步的研究已经转移到了风载对大跨度桥梁的影响。尤其是发现了日本的白鸟（Hakucho）悬索桥的自振频率随着风速的增加而降低，在此过程中没有考虑温度的影响。在文献[6]中对大跨悬索桥的重型车辆荷载的影响进行了研究,发现车辆荷载对大跨度桥梁的自振频率影响很小或者没有。 在本项研究中诸如交通荷载和湿度等环境因素被忽略，认为本论文所讨论的桥梁不会受到交通荷载的影响，由于桥址的原因，也认为湿度不作为考虑的因素。这篇文章的目的主要是确定促使所观察到的引起桥面日常自由振动的主要因素。 塔玛悬索桥 塔玛大桥（如图1）是一座跨度为643m的大跨度悬索桥，它跨越塔玛河，将康沃尔郡（Wornwall）的索尔塔什（Saltash）市与德文郡（Devon）的普利茅斯（Plymouth）连接在一起。自1961年建成后它成为两个地区的一个至关重要的交通纽带。这座桥具有对称几何形状的常规设计，主跨为335m，两个边跨为114m。钢筋混凝土主塔高达73m,采用沉井基础并直达岩面。主缆直径为350mm，每根主缆由31根钢丝捻成，并设置间距为9.1m的垂直钢索。加劲桁架为5.5米厚，由焊接的空腹箱梁组成。在2001年，按照欧盟指示对这座桥进行了加强和扩宽。尤其是采用了18根直径为100mm的预应力钢索对原来的悬索体系进行了补强，原来复合型的主桥面板被一个三车道的正交各向异性钢板代替，在桁架的每侧加上了单车道悬臂梁。 现在对塔玛悬索桥布置了几种监测系统。2007年菲尔德大学（the University of Sheffield）的振动工程科开始监测桥面板和缆索的动力响应。这个监测系统包括8个缆索
超音速翼型气动力特性研究汇总
超音速翼型气动力特性研究 摘要: 本文研究方程为0.3(1)z x x =±-的轴对称超音速翼形在马赫数为 2，攻角 分别为0°，2°情形下的气动力特性，基于对翼型进行离散化处理得到该翼型的物理参数及气动力的近似解，并逐步减小空间步长x ?来提高解的精度。在步长数分别为5、20、50及攻角为0°、2°的条件下，计算求得翼型头部斜激波后的流动参数，并由此求解各分区相应参数，列出：表面压力Cp 分布曲线Cp －x ，及表面密度、温度分布曲线ρ/ρ∞-x 、T/T ∞-x 。在不同条件下得出的轴向力Ca 、法向力Cn 、升力Cl 、阻力Cd 及绕头部顶点俯仰力矩Cm 的表格。最终分析了编程计算的准确性与精度，分析了压力系数、温度、密度沿该翼型的分布特性，并分析了不同攻角对该翼型气动特性的影响。 问题描述 已知方程为0.3(1)z x x =±- 的薄翼形，求该翼型在来流马赫数为2，攻角 分别为0°，2°情形下的受力情况。对x 范围（0，1）内分别按5等份、20等份和50等份进行离散计算，得到表面压力Cp 分布曲线Cp －x ，表面密度、温度分别曲线ρ/ρ∞、T/T ∞ 。计算得出出轴向力Ca 、法向力Cn 、绕头部顶点俯仰力矩Cm 及升力Cl 、阻力Cd 。 计算方案: （一）计算思路： 超音速来流以一定攻角遇到类似于楔形体的机翼前缘，在上下面都有可能产生附体斜激波，要是攻角过大也有可能不产生附体斜激波，这里首先需要根据斜激波的
θβ - 关系曲线图来作出判断。经判断，如果顶点处产生斜激波，即使用斜激波前后的马赫数、密度、温度、压强计算公式计算出顶点斜激波后的各项物理参数。 接着，根据翼型的形状可知，气流在通过膨胀波之后会经过一系列的向外的转折角，根据普朗特-迈耶膨胀波理论，超音速气流经过每一个折角都会产生膨胀波。 根据数值计算的基本原理，计算机不能处理连续曲线上随x值变化而连续变化的折角，所以在计算之前必须对翼型的几何结构进行离散化处理。 离散化之后即可根据膨胀波前后马赫数的关系公式计算出每一个折角处膨胀波后的马赫数，然后根据膨胀波前后密度、温度、压强的计算公式计算出每一个膨胀波后的密度、温度、压强。 得到以上基本的物理参数之后，即可用压强P的分布计算出压力系数Cp的分布进而计算出翼型所受的轴向力、法向力、升力、阻力及力矩系数。 在进行以上计算之前的首要工作是编制P－M表、等熵流动角度与马赫数的关系表。在具体操作中可使用已知的显示函数式进行编制，无需手动输入。 （二）基本假设： 实际上的翼型气动力会受到很多因素的干扰，用激波-膨胀波法计算时对实际的物理模型做了一些简化，假设： 1、离散化之后任意两个离散点之间的物理参数是均匀分布的。 2、不考虑斜激波、膨胀波的相交与反射。 3、翼型端部的斜激波不会在上部削弱，即斜激波不会滑移。 （三）坐标系建立 建立坐标系时，以机翼的前段点为原点O，弦线为x轴，垂直于弦线的直线为y 轴，x轴正向指向机翼尾缘，y轴正向垂直于x轴向上，如图所示：
自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析
文章编号:1671-2579(2010)04-0156-04 自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析 王立峰,孙勇,王子强 (东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨 150040) 摘 要:以朝阳市黄河路自锚式悬索桥主桥为研究对象,采用有限元软件M idas/Civ il 建立该桥的有限元动力计算模型。考虑重力刚度的影响,对该桥的动力特性进行计算分析,得到结构的自振频率和振型,同时建立与该桥结构参数完全相同的地锚式悬索桥模型进行对比分析,结合计算结果对自锚式、地锚式悬索桥的动力特性和刚度特点进行讨论。最后,在保证初始刚度不变的情况下,考虑不同结构参数变化对自锚式、地锚式悬索桥固有频率的影响,对结果进行分析。 关键词:自锚式悬索桥;动力特性;结构分析 收稿日期:2010-04-10 作者简介:王立峰,男,博士研究生,副教授.E-mail:co mputerw lf@126.co m 1 工程概况 朝阳市黄河路大桥位于朝阳市黄河路东段,向东跨越大凌河,与凤凰组团开发区相连。大桥全长508.32m,主桥为跨径326m 的预应力混凝土自锚式悬索桥,桥跨布置为73+180+73m ,设计荷载为城市 -A 级,人群荷载4.0kN/m 2,地震动峰值加速度为0.1g ,相当于7度,按8度设防,设计洪水频率1/100, 最高水位164.7m 。 2 有限元模型建立 利用有限元法分析桥梁结构时,有多种离散模型,常用的有空间梁单元法、板壳法、三维实体单元法及梁格法。综合考虑自锚式悬索桥的几何非线性影响,根据各构件的形式和受力特点,结构可离散为两种单元:索单元和梁单元。 3 结论 (1)第一次设计中腹板主拉应力虽然符合有关规范要求,但主拉应力较大,最大达2.44MPa,经过优化设计后,最大主拉应力已降至1.77M Pa,降低了27%。效果明显。成桥试验结果也证明了此点。(2)箱梁截面在中跨支点处顶板截面存在较大的剪力滞效应,剪力滞系数 t =1.61,在设计中应注意。(3)纵向预应力钢束尽量布置在靠近腹板的位置,可减小剪力滞效应带来的应力分布不均匀的影响。参考文献: [1] JT J 023-85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范[S]. [2] 长沙市规则设计院.长沙市三汊矶湘江大桥结构施工图设计图纸[Z],2004. [3] 张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M ].北 京:人民交通出版社,1998. [4] 张士铎,王文州.桥梁工程结构中的负剪力滞效应[M ]. 北京:人民交通出版社,2004. [5] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M ].北京:人民交通 出版社,2003. [6] 王焕定,吴德伦.有限单元法及计算程序[M ].北京:中国 建筑工业出版社,2004. [7] 张德锋,茅振伟,吕志涛.预应力混凝土结构裂缝控制及 其可靠性分析[J].工业建筑,2003(4). [8] 袁承斌,张德锋,刘桂荣,等.裂缝对预应力混凝土结构耐 久性影响的试验研究[J].工业建筑,2003(3). [9] 任明飞,胡迎新,郑机.东海大桥近岛段工程预应力混凝 土顶推连续梁的设计与施工[J].桥梁建设,2005(6).[10] 李承君,周世军.顶推法施工的曲线连续梁桥截面实测 应力分析[J].铁道工程学报,2005(2). 156 中 外 公 路 第30卷 第4期2010年8月