【《某单塔双索面斜拉桥桥梁动力特性及稳定性分析分析案例》2900字】

某单塔双索面斜拉桥桥梁动力特性及稳定性分析分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u1004某单塔双索面斜拉桥桥梁动力特性及稳定性分析分析案例 1230511.1特征值分析 1172901.1.1分析要点 1239081.1.2特征值分析指标 2325161.2桥梁抗震分析 5138411.2.1反应谱 5165931.2.2地震效应 6178641.3桥梁的整体稳定性分析 91.1特征值分析特征值分析是通过计算由质量和刚度组成的特征方程求解结构动力特性的分析方法，是计算桥梁结构的固有周期和振型形状的分析方法，在反应谱分析中需要用到特征值分析得到的结论，因此，为了保证反应谱分析的精度，特征值分析指标必须达到规范要求。通过特征值分析可以得到结构的振型形状、固有周期、振型参与系数、振型方向因子、振型参与质量等，这些特性与结构的质量和刚度有关。1.1.1分析要点（1）质量定义将输入的荷载转化为质量：在Midas/Civil主菜单中，选择荷载，将荷载转化为质量，进行质量的定义。质量转化结果见附录A。图1.1质量模拟（2）特征值分析控制定义Midas/Civil中提供的特征值分析方法有子空间迭代法和利兹向量法，一般反应谱分析采用利兹向量法会使计算的效率大大提高。利兹向量法是根据荷载空间分布模式按照一定的规律生成一组和质量正交的利兹向量，然后利用其计算桥梁结构的动态响应。如果分析后振型参与质量达不到规范所规定的90%，则需适当增加振型数量重新进行分析。图1.2特征值分析控制1.1.2特征值分析指标（1）周期桥梁结构按照某一振型完成一次振动所需要花费的时间，就是该模态的周期，频率为周期的倒数。计算出模态，程序根据周期从大到小的顺序进行排列，周期最大的为第一周期。将周期计算结果列入表1.1。表1.1周期计算结果模态号频率周期(rad/sec)(cycle/sec)(sec)12.2984640.3658122.73364522.5962430.4132052.42010733.4863680.5548731.80221545.4270480.8637411.15775457.9715321.2687090.78820368.2260411.3092150.76381679.4561121.5049870.664458812.3007691.9577280.510796912.5028151.9898850.5025421013.8889732.2104990.4523871111.2359232.2657180.4413611215.3069712.436180.4104791315.8673182.5253620.395983表1.1（续）1516.2249932.5822880.3872531618.8645863.0023920.3330681720.3506793.2389110.3087461821.8485193.9547650.252861925.651581.0825760.2449432025.8305491.111060.2432462133.5865565.3454660.1870742231.3014475.4592450.1831762335.2273335.6066040.1783612437.5009575.9684630.1675472537.7393716.0064070.1664892639.6866556.3163270.158322740.0964166.3815430.1567022842.5441796.7711160.1476862943.1639096.869750.1455663046.7617597.4423650.1343663149.3624327.8562750.1272873251.2808878.1616070.1225253351.5957658.2117210.1217773451.6162258.2149770.1217293551.7306538.7106540.114802（2）振型振型为桥梁结构振动的外形曲线，一个周期对应一种振型，振型和周期合起来称做模态。模态能够体现出桥梁结构的刚度。第一周期是桥梁结构在动力作用下最容易发生的动态变形，他反应出了结构最薄弱的一面。一阶振型模态图如图1.3。图1.3一阶振型模态图（3）累计振型参与质量系数桥梁结构的动力反应，是各个振型动力反应的组合，但是各振型的参与系数是不同的，一般来讲，低振型的贡献大，高振型的贡献小，因为低振型的周期长，对于同样的质量，周期长刚度就会小，刚度小就容易发生变形。当累计振型参与质量大于90%时，表示振型数满足规范要求。将振型参与质量结果列于附表B。（4）振型方向因子某一振型为X方向平动，Y方向平动，Z方向扭转，可以根据每一个振型的方向因子进行判断。将振型方向因子列入表1.2中。表1.2振型方向因子模态号TRAN-XTRAN-YTRAN-ZROTN-XROTN-YROTN-ZValueValueValueValueValueValue1018.99081.010025.5500091.450300100000499.80000.2055.3400091.6606001000007000001008001000009050.3049.70010000001001199.90000.10120010000013001000001457.5200042.48015091.1105.890016065.25031.75001795.220001.78018000001001910.1600089.8402000100000210010000022092.1207.88002300000100246.2500093.740表1.2（续）250010000026051.82045.180027001000002899.950000.050290010000030000001003196.770003.23032068.4031.6003317.3600082.640340.41097.601.99035089.67010.3300表中，第一阶振型X向平动因子为0，为X向没有平动变形，一阶振型X方向扭转因子为81.01%，因而一阶振型X方向为扭转变形。其他阶振型同理。1.2桥梁抗震分析1.2.1反应谱反应谱就是单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量与体系自振周期的关系曲线。将地震波的时程曲线输入一个单自由度体系，得到结构反应的时程，取绝对值最大值，就可以获得反应谱上的一个点。根据同一场地上所得到的强震时地面运动加速度记录，分别计算出它的反应谱曲线，然后将这些谱曲线进行统计分析，求出其中最有代表性的平均反应谱曲线作为设计依据。（1）输入反应谱数据进行抗震计算，本桥使用振型分解反应谱法，输入地震所需的各项参数，如表1.3所示。表1.3反应谱参数表基本烈度：7场地类别：Ⅱ重要性修正系数：1.0综合影响系数：0.33最大周期：6秒将以上参数输入Midas/Civil后就可自动得到《公路工程抗震设计规范》的地震影响系数曲线。图1.4设计反应谱图1.5地震影响系数曲线（2）输入反应谱荷载工况输入反应谱函数后，按照桥梁纵向和横向分别定义反应谱荷载工况。图1.6反应谱荷载工况1.2.2地震效应地震X方向的弯矩效应和剪力效应如下图所示：图1.7地震（X方向）弯矩效应图图1.8地震（X方向）剪力效应图结论：从图1.7和1.8可以看出，在地震力作用下，桥梁弯矩和剪力最大位置都出现在塔柱的底端，弯矩最大值为142873.5KNm，剪力最大值为10681.1KN。塔柱底端附近受地震力影响较为明显，现将其效应内力计算的各项结果列入表1.4。表1.4地震效应内力计算结果单元荷载轴力(kN)剪力-y(kN)剪力-z(kN)扭矩(kNm)弯矩-y(kNm)弯矩-z(kNm)76X(RS)10229911423550表1.4（续）77X(RS)0021241124975078X(RS)0020351123237079X(RS)0019251123719080X(RS)0017931125979081X(RS)0016391129270082X(RS)0014651132936083X(RS)0012731136521084X(RS)0010691139725085X(RS)008641142348086X(RS)006741144254087X(RS)005361145358088X(RS)004981145613089X(RS)005711145011090X(RS)007051143581091X(RS)008501141386092X(RS)009781138528093X(RS)001435035143094X(RS)001490029766095X(RS)001485024181096X(RS)001415018613097X(RS)001274013309098X(RS)00105908535099X(RS)00769045650100X(RS)0033701683076Y(RS)33409020002543277Y(RS)33348020001621778Y(RS)33327670001366579Y(RS)33297430001122880Y(RS)3326730000889881Y(RS)3322723000672482Y(RS)3318714000488683Y(RS)3314700000387684Y(RS)3309679000425385Y(RS)3304657000565286Y(RS)3299640000742587Y(RS)3293634000929188Y(RS)32876380001116989Y(RS)32816430001305290Y(RS)32756410001494691Y(RS)32696270001684893Y(RS)24449800011751表1.4（续）94Y(RS)2144960001002995Y(RS)183491000826296Y(RS)152475000647697Y(RS)121440000472398Y(RS)89377000308599Y(RS)582810001674100Y(RS)21124000621结论：将地震效应下桥梁结构应产生的内力与前面设计内力进行比较，可以计算出在地震力荷载作用小，桥梁安全系数为1.27，满足设计要求。1.3桥梁的整体稳定性分析特征值屈曲即结构的线弹性失稳，以小位移、小应变的线弹性理论为基础，不考虑在外荷载作用下的结构形态变化，在外力施加的过程中，结构总会在初始形态上建立受力平衡方程。当载荷达到某一临界值时，结构将从初始平衡状态转换到另一随机的平衡状态。桥梁结构在屈曲之前位移荷载呈线性关系，可以用此方法反映桥梁结构稳定性。计入自重、二期、车道荷载（等效静力）、风荷载作为可变荷载进行屈曲分析。该桥梁屈曲模态数量取20，荷载系数范围仅考虑正值，屈曲分析控制参数如图1.9所示。图1.9屈曲分析控制运行分析，得到屈曲特征值，现将所有特征值汇入表1.5：表1.5屈曲特征值模态特征值容许误差120.8145127.50e-10229.3145868.48e-11335.5011121.76e-11437.8401781.11e-09539.5687831.64e-09645.8783291.35e-09747.3384843.82e-09866.5456939.65e-10981.4622892.62e-081082.0552251.75e-081182.8132522.99e-081295.0164592.44e-081398.