斜拉桥模型综合性实验设计研究

针对土木工程、道路交通工程和力学类等专业设计了斜拉桥模型综合性实验. 该实验要求学 生综合运用电测、光测以及振动测试等多种实验手段,自行设计实验方案,测量斜拉桥模型 索力、主梁挠度、材料性能以及固有频率等,通过该综合性实验,使学生将工程力学实验原 理与材料力学、结构力学和桥梁工程等相关学科知识交叉渗透,培养了学生综合知识应用能 力和实验操作技能. 文中列举了部分实验内容及实验结果,与ANSYS计算结果比较,误差小 于5%.     

基于子模型法的大跨斜拉桥扁平钢箱梁应力分析

为了掌握扁平流线型钢箱梁应力水平及其分布,本文以润扬斜拉桥为工程背景,建立了整体有限元模型和局部有限元子模型。在对整体有限元模型进行分析的基础上,应用子模型法对润扬斜拉桥主梁各关键截面进行了有限元受力分析,运用试验结果验证了有限元结果的可靠性。在此基础上研究了主梁各关键截面的应力水平及其分布特点,并进一步总结了试验荷载下润扬斜拉桥扁平钢箱梁的受力特点。结果表明了子模型法应用于扁平钢箱梁局部应力分析的有效性和可靠性,其结果可为润扬斜拉桥扁平钢箱梁的安全监测提供科学依据。     

大跨度斜拉桥的动力特性及其颤振临界风速的计算

基于有限单元法理论,确定了斜拉桥合乎其构造特点的窨计算模型,建立了斜拉桥的自由振动的三维运动方程,对斜拉桥的动力特性进行了求解和分析,在此基础上,建立了在气动荷载作用下斜拉桥的三维运动方程,提出了用于分析斜拉桥颤振临界状态的子空间复特征值方法,推导出计算颤动临界风速的理论公式,并编写了用于计算斜拉桥颤振频率的多振型参与双参数自动搜索的计算机程序。     

基于P-M谱的波浪荷载数值模拟及其对跨海斜拉桥的冲击响应规律研究

针对深水桥梁在海洋中面对波浪的冲击问题,以某跨海斜拉桥为例,设定P-M谱为目标谱,依据Welch算法对海浪功率谱进行验证,基于以上理论采用fluent软件建立数值波浪水槽,根据重现期为10年、50年和100年分别计算对应的波高为6.4 m,7.2 m和9.6 m的波浪力,并将波浪力导入斜拉桥进行动力响应计算。综合分析大桥的动力响应, 结果表明,(1) 纵桥向波浪力是由横桥向波浪冲击桥墩出现绕射效应而产生,所以斜拉桥所受横桥向波浪力远大于纵桥向波浪力;(2) 随着波高的增大,斜拉桥的动力响应峰值逐渐增大,主跨跨中和塔顶动力响应峰值随波高的增长率最快,次边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率次之,边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率最慢;(3) 随着波浪荷载的增大,塔顶横向位移响应增幅显著,塔顶位移响应峰值最大达到0.0598 m。相关研究对大跨度深水桥梁的设计和动力分析有一定的参考意义。     

一类单塔斜拉桥固有频率及模态的计算与分析

采用连续体系统动力学分析方法对一类平面单塔斜拉桥的固有频率及模态进行了计算与分析。桥面两端简支,并由一个刚性的塔和两根斜拉索支撑。将桥面简化成梁的模型,建立了各斜拉索及各梁段的动力学偏微分方程、斜拉桥的边界条件及子结构间的几何与力学相容条件。推导了斜拉桥线性化、无阻尼系统的频率方程。考虑斜拉桥左右对称及参数(斜拉索长度、初始垂度)微小变动导致对称性破缺的情况,数值求解不同参数下斜拉桥的固有频率及对应的模态。结果表明:斜拉桥第3阶和第4阶固有频率相差不到0.1%,具有密集固有频率的现象;斜拉桥对称性破缺前后第3阶和第4阶固有频率随参数变化的曲线具有频率曲线偏转现象,第3阶和第4阶模态间存在模态跃迁现象。该研究结果可在斜拉桥设计和建造过程中起参考作用。     

基于刚度相似原理的斜拉桥模型设计方法

模型试验是测定结构性能进行科学研究的重要手段之一,目前关于斜拉桥模型设计方法的系统研究还很少。本文提出了斜拉桥模型设计的总体思路,对结构静动力模型的相似关系进行了推导,并完全按照相似关系设计了一座三跨PC斜拉桥的理想模型桥,将其与实桥有限元数值模拟及原型成桥现场静动力测试结果进行比较分析。结果表明,对于斜拉桥这种组合体系结构,当存在两种弹性模量相似比时,采用刚度相似法处理相似关系是合理的。最后,阐述了实际中制作斜拉桥模型时应考虑的问题,为斜拉桥模型的设计制作提供指导。     

考虑地震动多点激励与材料应变率效应的主跨300m级独塔斜拉桥弹塑性分析

建立主跨300m级独塔斜拉桥MIDAS/Civil空间有限元模型,开发Civil 2MARC可视化接口程序,进而将MIDAS/Civil模型转入MSC.MARC程序中并检验了模型转化前后的一致性。然后,开发了基于地表功率谱的地表多点地震动生成理论的多点地震动可视化软件MEMS_b(Multiple Earthquake Motions Simulation b)。进而说明了适用于多点位移-速度计算模型的相对精确性和容易实现的优势,并与MSC.MARC程序相结合应用于该桥梁的多点激励分析。最后分析了该桥梁地震作用下的薄弱环节与弹塑性反应,并研究多点输入和材料率效应对桥梁地震反应的影响规律。结果表明:(1)开发的可视化接口程序Civil2MARC界面便于操作,运行稳定,转化高效且结果可靠;(2)开发的可视化多点地震动生成程序MEMS_b界面友好,参数设置灵活且结果有效;(3)位移-速度多点计算模型理论完备,并可通过MSC.MARC程序对位移-速度多点计算模型加以实现;(4)解释并给出了应变率效应和多点地震动对该斜拉桥的塑性铰首次出现时间、位置以及计算末态塑性铰分布的影响规律。本文涉及到理论模型、程序开发及应用计算,可为相关工程提供参考。     

斜拉桥索梁锚固区边界条件对结构受力的影响

针对苏通(苏州-南通)长江公路大桥斜拉桥锚箱式索梁锚固结构进行了足尺静载试验,采用空间有限元方法分析实际结构和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。在此基础上,做了大量仿真计算,详细探讨了索梁锚固结构周围边界条件的不同对结构受力的影响,计算了实际结构在不同约束条件下索梁锚固区的各种应力分布情况,进而得到了一些有益的结论,为今后类似结构试验的设计提供参考。     

斜拉桥桥索张力测量

本文主要介绍了斜拉桥桥索张力的测量原理，指出了目前人们常用的直接频差法的不足之处，提出了一种确定斜拉桥桥索基频的新方法．后一种方法无论从理论还是从测量上都优于前一种．实测结果证明了这一点．     

青洲斜拉桥的基准动力有限元模型

讨论了斜拉桥有限元动力分析模型,给出了基于环境振动试验结果建立大跨度斜拉桥基准有限元模型的步骤;讨论了桥面初始平衡构型、几何非线性、桥面板、混凝土桥面板与钢梁的剪力连接和端部纵向约束对模型的影响。经通车前现场环境振动试验结果验证的青洲闽江斜拉桥三维有限元模型,反映了桥梁在运营前的真实动力行为,可作为该桥各种复杂响应分析和长期健康监测、使用状态评估的基准。