桥梁专业 文献综述

一个大跨度三重塔吊桥的动态特性参数的影响摘要：泰州长江大桥的三维有限元模型，是第一个三重塔在中国大跨度悬索桥，是建立基于非线性有限元软ABAQUS，使用兰克泽斯特征值的解决方案和桥梁的动态特性分析的方法。研究侧重于纵向，横向和扭转刚度的钢箱梁，刚性中央扣和三重塔吊桥的动态特性的连接塔和钢箱梁的弹性约束的影响。我们的研究结果表明，在一般情况下，三重塔吊桥的动态特性，两塔悬索桥。钢箱梁纵向，横向和扭转刚度有三重塔吊桥的动态特性的不同影响。弹性约束有一个更显著的效果，环比扣的动态特性，并降低刚度弹性约束桥浮动的纵向振动模式的出现的结果。此外，刚性中央扣有一个更大的影响力比那些两塔吊桥，三重塔吊桥的动态特性。得到的结果可以作为数值分析和设计超长跨度三重塔吊桥的一个宝贵的参考。关键词：悬索桥，泰州大桥，三重塔，动态特性，超长跨度1. 简介随着全球经济发展和改善的桥梁施工技术，吊桥，尤其是地球锚桥梁，世界各地，因为其强大的的跨越能力激增。悬索桥塔，锚，主缆，吊带，钢箱梁，和鞍座座椅等主要部件组成。从吊带转移到主缆的桥面上的负载，然后从主缆塔和锚。传输路径是短期的和明确的。主缆是一座吊桥，这是一个几何非线性几何可变系统的“生命线”。占主导地位的塔，塔柱和横梁组成，通常是经过下死负载条件下按活荷载条件下的弯曲主要是轴向压缩。目前，大多数对静态和动态分析的研究集中在两个塔悬浮桥梁大跨度自锚式悬索桥，桥梁暂停三重塔是一个全新的新型结构形式。与两塔悬索桥，三重塔吊桥，不仅在两个主跨年底两塔，但也是一个主导塔之间的包含，以减轻对主缆的应变和两主跨距在桥两端锚。中间的塔是一个支持鞍座位的主缆的垂直轴。与两塔悬索桥的结构特点，三重塔吊桥相比，有明显不同，由于中间的塔和一个额外的主跨此外。邓小平等。（2008年）进行了三重塔吊桥线性地震反应分析，采用时程分析方法和线性反应谱法，基于SAP2000的平台。 Yoshida等。（2004）研究影响四跨悬索桥，其中有两个主要的2000米跨度的的变形特性的参数。然而，在一般情况下，三重塔桥分析数不足，特别是分析其动态特性。 自然结构动态特性，如频率和振动模式，地震，交通，风结构，因此耐药性分析的基础上，重要的是要获得准确可靠的数据，对自然的结构动态特性。大跨度桥梁的振动已经在桥梁工程领域重点研究的问题之一 在这项研究中，第一三重塔在中国大跨度悬索桥泰州长江公路大桥（简称泰州大桥），是作为一个例子。台州大桥使用的非线性有限元软件ABAQUS建立了一个三维动态有限元模型。基于该模型，模态分析是获得这种大跨度的三重塔吊桥的动态特性（包括横向，纵向，扭转和纵向振动的固有频率和模式形状）使用兰克泽斯特征值求解方法。这种桥型的动态特性的重要的设计参数的影响进行了研究。我们的结果为理论分析和设计的三重塔吊桥应用。2. 桥描述 泰州大桥横跨长江在江苏省的江阴长江大桥和润扬长江大桥之间。泰州大桥连接泰州市，镇江市和常州市北侧南侧。泰州大桥的总体布局如图1a。图1国电泰州桥。(一)海拔(单位:m);(b)截面钢箱梁(单位:厘米)每两主跨距1080米长，两个边跨各390米长。因此，桥分别跨越1080米1080米。凹陷跨度的长度比例为1 / 9和两个主要的电缆之间的距离是34米。 PPWS（预制平行钢绞线）技术被用于在主缆施工。吊带装在每个悬挂点有两个相邻的两个悬挂点之间的距离是16米泰州大桥的图片如图 2。图2国电泰州三塔悬索桥扁平钢箱梁被用来形成泰州大桥（图1b）主梁焊接简化。一个主梁标准段的长度为16米。主梁（包括风嘴和道路检查和维修）的宽度是37.5米，在中间的主梁的高度为3.2米Q345qD钢主要用于在主梁。桁架结构采用横隔板的目的是减少死载荷的重量和钢箱梁内的通风。横隔板之间的距离为3.6米。 两个终端塔，南北塔，是钢筋混凝土塔的顶部，海拔2米的基地，和一个178米的整体高度在海拔180米的中间的塔是一个海拔200米的非均匀的钢塔的顶部，海拔8米的基地，和一个192米的整体高度在横向方向，它是一个门户框架，并在纵向方向是人字形。立式轴承，中间塔下横梁上，在塔的内壁和主梁之间的接缝和横向支撑用来抵御风荷载。弹性钢绞合线限制聘用在纵向方向。还包括纵向和横向的轴承上的方塔下横梁。 这座桥采用的是固定的主缆和钢箱梁，以取代在跨中的短吊带之间的刚性中央扣。刚性中央扣是由电缆连接的主缆，一个垂直分量，两个倾斜组件，长度18.4米，中跨钢箱梁（图3）钳。垂直和倾斜的组件焊接成一个“H”使用40毫米厚的Q345D的钢甲板的形状，和M30型396 10.9级高强螺栓和中跨钢箱梁连接的电缆夹焊缝。图3中央国电泰州桥(单位:毫米) 这座桥有三重塔暂停电缆的结构，其在中国尚属首次。要增加中间塔的纵向刚度，这是设计是在纵向方向的人字形。泰州大桥，三重塔吊桥的动态特性和各种参数的影响在设计的基础上进行了研究。3. 有限元模型的桥梁一般用于骨干模型来模拟桥楼系统进行动态大跨度悬索桥分析（华陈，2008）。作为一个初步的理论模型泰州大桥，我们的模型中使用的骨干模型模拟钢箱梁。该模型的成立是基于非线性有限元软ABAQUS的洁具（图4）。图4全有限元模型模型表示，估计从设计图纸的几何形状和结构特性的桥梁，四种类型的有限元用来模拟不同的结构成员：1钢梁和三塔空间梁单元（B31）为蓝本。 B31是一个3D的2个节点的线性季莫申科与六度自由（自由度）在每个节点梁单元，并允许横向剪切变形，双轴弯曲和轴向应变。梁单元共884人使用。钢箱梁的刚度和质量主要集中在中间节点。对于钢箱梁单元刚度作为其实际刚度，而转化为包括桥面的第一和第二阶段的恒载密度的元素密度。段钢箱梁之间的两个相邻的吊带被分成4个元素，和一般的截面特性被用来描述的梁截面属性。根据结构的长度，分为46要素模型中的较高和较低的塔列总较高和较低的横梁中间塔和终点塔均划分为12个元素。2横梁连接的吊杆，钢箱梁，以及中央扣，也仿照B31。所不同的是，这些B31要素的弹性模量定得很高，他们实际上是刚性的武器。3T3D2，这是一个3D的2个节点的线性近似的位移桁架元素，通过模拟吊杆和主缆，主缆在暂停点网状。 T3D2元素分配唯一的紧张，并根据实际情况没有压缩的财产。 4春天的元素SPRING2，哪个环节一个全球性的自由度，可以在一个节点在另一个节点的全局自由度非线性的，是用来模拟中间塔下横梁和钢箱梁，刚度之间的纵向弹性约束这是640千牛顿/毫米。考虑到主缆和恒载下的吊带的几何刚度的目的，施加初始应力有限元模型的主缆和吊带。占电缆的非线性是由一个相当于切线制定（1949年，安永会计师事务所，1965年），恩斯特等效弹性模量是通过。等效弹性模量的概念是由安永会计师事务所（1965）首先提出的，公式是其中E为弹性模量的电缆，一个是其横截面的面积，W0是电缆单位长度的重量，L为电缆的两端之间的水平距离，和T的拉力电缆。几何非线性控制选项被打开时进行静载下的静态分析和模态分析（线性使用非线性分析结果进行了摄）。图5显示了相应的有限元模型的钢箱梁和泰州大桥中间的塔的一部分。图5部分的有限元模型 围绕纵轴之间的方塔和钢箱梁的侧向位移，垂直位移和旋转自由度耦合（耦合运动）。至于中间的塔，只有横向的自由度，加上钢箱梁。中间塔，方塔和引桥桥墩底部被完全固定在地球上，忽视了土 - 桩 - 结构相互作用的影响。两侧主缆的两端分别固定和自由度模型中的侧电缆的两端都被克制。4. 泰州大桥的动态特性参数的研究4.1动态特性的桥梁 对比分析表明，无论是特征值求解子空间或兰克泽斯用于桥梁的动态特性的计算结果几乎没有影响。因此，兰克泽斯特征值求解器是采用动态特性分析，目的是提高计算速度第50个自然频率和振动模式进行了计算分析过程中，被列为第30振动模式的振动特性模式（表1和2）。图 6和7显示前四个纵向和横向的桥梁的振动模式分别桥纵向浮动振动模式并不明显由于钢箱梁，并在较低的横梁之间采用弹性限制刚度中间的塔。第一桥的固有频率是0.07755赫兹，和自然周期是对应第一反对称的主缆和钢箱梁的横向弯曲模约12.90秒（表1和表2）。第二大桥的频率为0.08267赫兹，期间约12.10小号对应第一反对称垂直的主缆和钢箱梁的弯曲模式。两塔悬索桥振动模式通常是对称的横向主梁的弯曲。第一反对称横向弯曲的这三重塔在每个主跨吊桥类似于第一个对称的横向弯曲两塔悬索桥，这表明悬索桥两种类型的特点之间的相似性。第一桥的扭转模式是0.22969赫兹的频率和自然周期约为4.35秒，这是伴随着主缆的横向振动与钢箱梁的扭转振动。表1和2之间的甲板上，主缆和三重塔吊桥塔模态耦合现象，可以很容易地发现，两塔悬索桥（阿卜杜勒 - 加法尔，2000年）相同。考虑扭转大跨度悬索桥的抗风性能模式的意义，横向和扭转模式耦合三重塔吊桥的现象值得特别关注。我们做了一个关于桥的前四个频率上一些广泛使用的简化频率估计方程（李，1996年）基于简化的理论预测。我们列出的预测结果见表3。同意我们的计算结果相当不错的预测结果表明，我们没有任何严重的错误，在计算过程中。我们还比较从建设局，江苏省长江公路桥（邓等，2008）第10频率与相应的数据，并提供相对误差（见表3）。这种比较也显示出良好的的协议。图6前4侧模型。(a)第一;(b)第二;(c)第三;(d)第四图7前4垂直模型。(a)第一;(b)第二;(b)第三;(d)第四4.2钢箱梁刚度的影响 三重塔吊桥的动态特性的关键设计参数值的影响进行了研究。当垂直刚度多个钢箱梁的变化，从1.0到2.0，前外侧的频率和第一个垂直弯曲也发生变化（图8）。由于重力在全桥竖向刚度刚度的比例大于80（图8），竖向刚度的增加，已在第一对称和反对称侧弯频率的影响不大，而第一个对称和反对称垂直弯曲频率的增加一点点。第一反对称竖弯频率的增加，从0.08267赫兹0.08372 Hz和第一对称竖弯频率的增加，从0.14607赫兹0.14810赫兹，这是大约分别只有1.27和1.39。图9显示了在第一横向的变化和第一个垂直弯曲频率时的横向刚度，钢箱梁的变化，从1.0到2.0的倍数。横向刚度增加，而第一侧弯频率显着增加约26.7，几乎没有影响的第一个垂直弯曲频率。第一反对称和对称侧弯频率增加0.07755赫兹0.09734 0.10170赫兹Hz和0.12892赫兹。 图10显示了在横向，纵向和扭转弯曲频率的变化时，扭转刚度，钢箱梁的变化，从1.0到2.0的倍数。扭转刚度增加的影响既不是第一个对称的横向和纵向弯曲频率，也不是反对称的横向和纵向的频率。然而，它的第一扭转频率的影响值得注意的是，增加了约9.7，从0.22969赫兹0.25197赫兹。很明显的动态特性的钢箱梁的抗扭刚度的影响是显著的。图8竖向刚度的影响钢箱梁在动态特性。(a)横向频率;(b)垂直的频率图9的侧移刚度的影响钢箱梁在动力学特点。 (a)横向频率;(b)垂直的频率图10扭转刚度影响钢箱梁动态特性。(a)侧向、垂向频率、扭转频率(b) 扭转频率此外，以确定如何僵硬的克制，应在有关桥的动态行为，我们研究在桥的固有频率的变化，扭转刚度改变从0到1.0。图11所示，当成为扭转刚度的变化从0.0到1.0的倍数，抗扭刚度较大，较大的纵向和横向的频率，这是尤其明显的第一对称垂直频率和第一非对称的横向频率。但是，当多种方法1.0，在频率的增加减慢，曲线变得非常平坦。因此，设计的抗扭刚度是适当增加纵向和横向的频率的效率方面。 图11扭转刚度0到1变化时的动态特性变化图解决所有的振动模式。图8a、图9a和10a几乎任何振动模式耦合。请注意，所有这些振动模式是在不同方向的基本的频率，这并不奇怪，因为两塔悬挂的基本频率的桥梁与任何其他振动模式很少夫妇，以及更高的振动模式的耦合更容易出现（林等。2007年，Sun和刘，2007年）。刚度的钢箱梁大跨度的三重塔吊桥的动态特性的变化的影响可归纳如下：1。由于重力刚度很大一部分形成了一个全桥竖向刚度，钢箱梁的竖向刚度三重塔吊桥的动态特性的影响不大。 2。在钢箱梁的横向刚度增加纵向和扭转弯曲频率的影响不大，但有侧弯频率显著效果。 3。抗扭刚度增加横向和纵向弯曲频率的影响不大，但第一扭转频率有显著作用。4.3钢箱梁纵向弹性约束的影响当刚度纵向弹性约束的钢箱梁的变化，从1.0到2.0的倍数，我们的计算表明，三重塔悬索桥的频率几乎没有改变。因此，原先的桥梁设计的纵向弹性约束刚度是足够的，并在进一步增加其刚度会收效甚微。表4列出了前10日纵向弹性约束带或不带三重塔悬索桥模式。之间的中间塔下横梁和钢箱梁的弹性约束，有一个桥梁的垂直模式的显着效果。没有弹性约束的基本频率降低约24.7。没有弹性约束振动模式对应一个反对称的主缆和钢箱梁纵向振动模式。第一纵向浮动振动模式如图 12.桥的频率增加，这表明采用弹性约束增强桥梁的刚度与弹性约束。图12纵向浮动模型4.4中央扣和弹性约束的影响要解决的问题，并在跨中弯曲的短吊带打破压制主梁的位移反应，在泰州大桥采用刚性中央扣。它们之间的刚性连接主缆和主梁跨中的短吊带代替。由于这是第一次，已在三重塔悬索桥中央扣，重要的是要学习中央扣对桥梁的动态特性的影响。我们的研究结果表明，采用刚性中央扣，钢箱梁，在桥的纵向中间塔下横梁之间采用弹性约束，可以有效地续列伊的钢箱梁纵向浮动。表5显示了中央扣和第4桥弯曲振动模式的弹性约束的作用。弹性约束，有一个更大的作用比中央扣的三重塔悬索桥的动力特性。这主要是因为，适当的刚度值，弹性约束不同，灵活的主电缆不能有效地控制钢箱梁通过中央扣纵向浮动。但是，中央扣可以有效地控制主缆的振动，防止钢箱梁变得过大的主缆之间的相对纵向位移，起着至关重要的作用。此外，与传统的两塔悬索桥（林等，2007年孙，刘，2007;华和陈，2008），刚性中央扣的三重塔悬索桥的动力特性的影响较大由于中间塔的效果。因此，更应注意的三重塔悬浮液桥的设计在中间的塔。表4中的弹性约束桥的动态特性的影响表5中央扣和弹性约束的动态特性的影响5. 结论 从这个三重塔吊桥的动态特性的参数研究，可以得出以下结论： 1。泰州大桥的第一个自然频率是0.07755赫兹，对应第一反对称横向的主缆和钢箱梁的弯曲模式。桥的第二个频率为0.08267 Hz，对应的第一反对称垂直的主缆和钢箱梁的弯曲模。这些频率非常相似，两塔悬索桥的动态特性。 2。甲板的三重塔悬索桥主缆之间的模态耦合现象，可以很容易找到的，是与两塔悬索桥。在大跨度三重塔悬浮液桥梁风的阻力分析的横向耦合振动现象和扭转振动模式值得特别注意。 3。在钢箱梁的竖向刚度的增加，头侧向和垂直弯曲频率的影响不大。在钢箱梁横向刚度的增加，已在第一垂直弯曲频率的影响不大，但有侧弯频率显著效果。在抗扭刚度的增加，第一横向和纵向弯曲频率，对称或反对称的影响不大，但第一扭转频率有显著作用。 4。用人之间的中间塔下横梁和钢箱梁的弹性约束，有三重塔吊桥垂直模式的显著效果：基本频率减少约24.7，没有弹性的约束。第一振动模式是反对称垂直的主缆和钢箱梁的弯曲，纵向浮动振动模式出现时，有没有弹性的限制。我们的分析表明，泰州大桥的弹性约束的设计刚度是足够的，并增加刚度上的桥梁的振动频率没有影响。 5。比中央扣，三重塔吊桥的动态特性的弹性约束的效果更显著。然而，中央扣，不仅有效地控制主缆的振动，也可防止相对纵向位移之间的钢箱梁，变得过大的主缆。此外，三重塔吊桥的动态特性的刚性中央扣的效果是比那些传统的两塔吊桥大，因此值得特别注意在三重塔悬索桥的设计。由于这是一个初步的台州悬索桥有限元模型，许多复杂因素，如温度和桩土结构相互作用的职权范围，不考虑。因此，在未来，我们需要更新有限元模型，通过实地测量验证。 参考文献阿卜杜勒加法尔，上午，2000。研究和测试吊桥。计算机与结构，76（6）：787-797。 DOI：10.1002/eqe.4290060505NB，哈桑MF，阿卜杜勒罗曼，研究，Terro，研究，2006年。悬索桥非线性振动控制由于移动荷载。 工程力学，ASCE，132（6）:659-670。 DOI：10.1061 /（ASCE）0733-9399（2006）132:6（659）巴托丽，G.，曼尼尼，C. 2008。一种简化的方法来桥甲板上扑。风工程与工业（英文版）空气动力学，96（2）:229-256。 DOI：10.1016/j.jweia.2007。06.001陈，十，贾巴尔，A.，2006。再模耦合桥梁颤振：一些新的见解。 工程力学，ASCE，132（10）:1115-1123。 DOI：10.1061 /（ASCE）0733-9399（2006）132:10（1115）陈，X.Z.，2006年。大跨度桥梁的响应分析风建设的关系betwee列印颤振和抖振。结构工程，ASCE，132（12）：2006年至2017年。 DOI：10.1061 /（ASCE）0733-9445（2006）132:12（2006年）郑与江，锦江，萧，钢筋混凝土，湘，高频，2003。系列三维非线性扭转发散的分析方法悬索桥。计算机与结构，81（5）：299-308。 DOI：10.1016/S0045-7949（02）00446-7Y.L.，邓小平，李鹏，T.B.，李，J.Z.，吉，L.，2008。动态研究大跨度的特点和抗震性能三重塔悬索桥。振动杂志休克，27（9）:105-110（中国）。丁，Q.S.，李，P.K.K.，1999年。计算机模拟湍流风下悬索桥的BUF feting行动。计算机与结构，71（4）:397-412。 DOI：10.1016 /S0045-7949（99）00197-2华，X.G.，陈，Z.Q. 2008年。为了全面和多扑利用ANSYS进行分析。有限元分析和设计，44（9-10）:537-551。 DOI：10.1016/j.finel.2008.01。011karoumi，R.，2007。一些在非线性建模方面电缆支梁桥的有限元分析。计算机与结构，71（4）:397-412。 DOI：10.1016 /S0045-7949（98）00244-2风间，光，山田，H.，宫田，T.，1995。抗风大跨度悬索桥的设计。 风工程与工业空气动力学，54-55:65-74。DOI：10.1016/0167-6105（94）00030 - 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