三塔斜拉橋三維顫振分析.pdf

1、斜拉橋相比于梁式橋，其整體剛度較小，而三塔斜拉橋相比于獨塔或雙塔斜拉橋，由于中間兩跨缺少輔助墩和過渡墩的幫助，使其剛度更小，柔度更大。正是由于柔度的增大，三塔斜拉橋的動力響應(yīng)會比較明顯，振幅較大。斜拉索的大振幅振動是十分不利的，其一斜拉索會產(chǎn)生疲勞破壞，其二斜拉橋存在主梁和斜拉索耦合振動，索的大幅振動勢必會對主梁產(chǎn)生明顯的影響，所以研究斜拉索的局部振動是十分必要的。同樣由于斜拉橋的輕質(zhì)量和小剛度，它對風(fēng)致顫振穩(wěn)定性十分敏感。所以確定顫振

2、臨界風(fēng)速來判斷橋梁的顫振穩(wěn)定性是大跨徑多塔斜拉橋設(shè)計的關(guān)鍵問題。本文將研究三塔斜拉橋的自振特性，并分析斜拉索的局部振動對其動力特性的影響；研究三塔斜拉橋的顫振特性，確定顫振臨界風(fēng)速；討論斜拉索局部振動對顫振特性的影響。
　　采用三維空間有限元法對三塔斜拉橋進(jìn)行自振特性分析，提取模態(tài)分析結(jié)果。建立能夠反映斜拉索局部振動的模型，進(jìn)行模態(tài)分析，與之前的結(jié)果對比，分析索的局部振動對自振特性的影響。
　　對于三塔斜拉橋的顫振分析，本文

3、采用全模態(tài)的分析方法。首先采用Scanlan的自激氣動力模型確定梁和索的氣動力，并將其轉(zhuǎn)化為矩陣的表達(dá)形式。將有限元軟件（ANSYS）的剛度矩陣單元和阻尼矩陣單元添加到相應(yīng)的梁單元和索單元上，與結(jié)構(gòu)本身的剛度矩陣和阻尼矩陣相疊加，構(gòu)成系統(tǒng)（氣動力和結(jié)構(gòu)組成）的整體剛度矩陣和阻尼矩陣，并通過有限元的帶阻尼的求解器進(jìn)行模態(tài)分析。為了方便進(jìn)行不同風(fēng)速下的模態(tài)分析，采用命令流編程功能，并通過宏調(diào)用這些程序進(jìn)行分析，從而得到不同風(fēng)速下結(jié)構(gòu)的振型和

4、頻率，并繪制阻尼比隨風(fēng)速變化的曲線。在求零阻尼比對應(yīng)的風(fēng)速時采用插值的方法逐漸逼近，從而得到顫振模態(tài)和顫振臨界風(fēng)速。
　　本文以某大跨徑三塔斜拉橋為實例，建立三維有限元模型，對無阻尼和有阻尼兩種情況進(jìn)行了模態(tài)分析，并提取了前20階模態(tài)的頻率。之后用多鏈桿模型模擬斜拉索，計入索的局部振動，進(jìn)行模態(tài)分析。計算結(jié)果表明索的局部振動對結(jié)構(gòu)的自振特性有明顯的影響，對高階模態(tài)的影響要比低階模態(tài)大，在豎彎、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)三種模態(tài)中，對扭轉(zhuǎn)模態(tài)的影響