悬索桥静动力学分析摘要：桥梁在实际设计荷载下的静动力学性能是桥梁使用时的重要参数，是评价设计、施工等各方面的必要手段，对桥梁的使用与安全极为重要，对于悬索桥更是如此。本论文参照国内已有的分析基础上采用ANSYS软件对悬索桥的使用安全性与可靠性方面的静动力学特性分析。建立了某大桥的有限元分析模型，进行了静动力学分析，研究了大桥的静、动力学特性。为悬索桥设计的进一步优化和大桥的施工提供了科学依据。/2/view-546577.htm关键词：悬索桥；有限元法；静力分析；动力分析：U448.25文献标识码：B：1008－0422(2007)09－0086－041前言悬索桥的发展水平在一定程度上代表一个国家桥梁建设的总体发展水平。悬索桥在技术上的突破性发展是21世纪桥梁技术发展的巨大成果之一，它标志着使桥梁工程技术发展水平的桥梁跨度从上世纪初的500m左右跃进到本世纪初的近2000m。悬索桥的理论研究大概起始于18世纪末19世纪初，Fuss研究抛物线缆的问题。当时，俄国计划在圣彼得堡附近的涅瓦河上建造一座悬索桥，Euler和Fuss作为沙俄皇家科学院的数学家受命研究缆索应取的形状。他的研究揭示了在沿跨向的均布荷载作用下，缆的几何形状为抛物线，缆的水平内力为恒定值的规律．此后，Telford在修建梅耐桥之前，曾就缆的形状向英国皇家学会主席Gilbert请教，Gilbert因而组织力量研究受均匀应力的变截面缆的形状问题。梅耐桥采用GiIbert的建议，通过眼杆数目的增减来改变主缆截面，因此，梅耐桥可以算是第一座注意到理论研究的悬索桥。紧随其后，Brunel在设计克里夫顿桥时，曾就三种缆索形式进行过计算，即：抛物线缆、等截面悬链线缆、均匀应力悬链线缆，其中关于等截面悬链线缆的数学理论是早就由Bernouilli解决了的问题。上述关于缆索计算的理论被当时在英国学习和研究悬索桥的法国数学家和工程师Navier收录在他1823年发表的著作中。随着悬索桥理论的发展，其结构形式也随之而改变、弹性理论的出现使得悬索桥中加劲梁的高度显得非常高大，结构形式显得很笨重。此后，随着悬索桥挠度理论的发展，从理论上消除了加劲梁抗弯高度的下限，在悬索桥的设计中出现了追求细柔和优美的倾向。经过Farquharson，Von，Karman，Bleich及Steinman等多年的研究，认识到破坏的原因是气动外形不良及抗扭刚度过低导致。又经过大量风洞试验和分析发现桥面中央开槽并有上下两个平纵联合的闭合框架加劲梁具有良好的气动稳定性。于是，在塔可马桥的重建中就采用了这样的方案，并且根据类似原则，对以前所建的几座悬索桥进行了加固。紧随其后，英国在为修建其福斯桥和塞文桥而进行的风洞实验研究中，找到了气动稳定性更加优越的加劲梁形式，这就是本文桥中所采用的那种具有较大抗扭刚度和气动外形良好的扁平箱梁。国内外，许多学者对不同类型的悬索桥进行了静动力学分析，得到了它们的静动态参数。吉林，冯兆祥对江阴大桥进行了静载实验分析，获得了大桥的静动力学特性参数。H.T.Chan,L.Cuo,Z.X.Li建立了大跨径高预应力桥梁的有限元模型，并分析了其动力学特性，等等。本文建立了某悬索桥的有限元分析模型，对其进行了静力学分析，获得了该大桥的静力特性参数。同时进行了动力学分析，获得了该大桥的动力特性参数。2某悬索桥工程概况大桥位于湘江湘潭三大桥下游4.3km处，其桥梁为双飞燕斜拉索钢管混凝土拱桥，桥长1340m，主跨400m，桥宽27m；设计行车速度为60km/h，双向6车道。由中国铁建铁路第四勘察设计院设计，桥梁总投资约3亿元，2006年底建成通车。该桥作为城区段河东、河西地区的纽带，是该市实现“城区向东、向北发展，实现百万人口百平方公里”城市发展目标的关键性工程。桥面选取为壳单元，吊杆选取为杆单元，拱选取为梁单元，钢横梁选取为梁单元，加劲梁选取为梁单元。共有吊杆40根，其间距为8m，桥面厚度为40cm。本文仅计算拱和主跨桥面及吊杆。桥面简支，拱与地面固支。建立悬索桥的模型，见图1。3悬索桥静力学分析静力分析将采取设计荷载，以面力的形式加载桥面上，主跨两端各40m不加载。通过计算得最大位移在跨中，变形见图2，最大位移为0.013475m。应力见图3，最大应力为0.2MPa，最大应力位于跨与...