自錨式斜拉—懸吊協(xié)作體系橋動力響應(yīng)研究.pdf

1、自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋作為一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)形式，具備了傳統(tǒng)的斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的諸多優(yōu)點，而且由于龐大錨碇的取消，更好的適應(yīng)了深海軟土地基的建設(shè)，在不良地質(zhì)環(huán)境條件下具有強勁的競爭力，目前已被工程界所采納。但從已有的文獻看，對這種橋型動力性能的研究頗為少見。本文結(jié)合以自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋為研究主體的交通部西部交通建設(shè)科技項目“斜拉-懸索協(xié)作體系橋梁的研究”這一科研課題，以擬建的大連港跨海大橋為工程背景，對該新型結(jié)構(gòu)體系的動

2、力特性及地震和抖振響應(yīng)行為進行了深入的研究，主要工作如下： (1)自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的動力特性主要包括體系的自振頻率和主振型，它是該體系橋進行動力響應(yīng)分析的前提和基礎(chǔ)。通過建立空間有限元計算模型，對采用自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系的大連港跨海大橋的動力特性進行了分析，并與相同跨徑和結(jié)構(gòu)參數(shù)的地錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋進行了對比研究，總結(jié)了自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋動力特性的新特點并揭示了其原因。同時，針對主跨主纜易于振動的特

3、點提出了采用斜向交叉拉索的抑振措施并發(fā)現(xiàn)其合理的設(shè)置位置應(yīng)與結(jié)構(gòu)體系的動力特性相匹配，就分析實例而言其最優(yōu)設(shè)置位置為主跨0.2875跨度處而不是普通懸索橋的最優(yōu)設(shè)置位置0.25跨度處。此外，還研究了主梁不同的約束方式、輔助墩的設(shè)置情況、恒載、加勁梁剛度、主塔剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋動力特性的影響，就其影響規(guī)律作了詳細的討論。 (2)引入精確高效的虛擬激勵法，對自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋在隨機地震荷載作用下

4、的地震響應(yīng)進行了系統(tǒng)的研究。重點考察了P波、SH波和SV波這三種類型地震波作用下考慮多點激勵和地震動的空間變化效應(yīng)以及阻尼的變化對該新型體系內(nèi)力和位移峰值響應(yīng)的影響。以大連港跨海大橋為例，基于由規(guī)范反應(yīng)譜生成的當量功率譜密度函數(shù)，對比分析了多點一致激勵和非一致激勵下其地震響應(yīng)的特點和規(guī)律，所得結(jié)論為該新型協(xié)作體系橋的抗震設(shè)計提供了有價值的參考。此外，通過與地錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的地震響應(yīng)進行對比，揭示了由于主纜錨固方式的不同造成兩種

5、體系地震響應(yīng)的差異。 (3)基于主梁承受較大的軸壓可能使大跨徑自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的非線性行為更為復(fù)雜的考慮，采用人工生成的地震波，對大連港跨海大橋在縱向、豎向和橫向地震波作用下進行了線性和非線性地震響應(yīng)研究，對比分析了線性和非線性條件下主梁、主塔和邊墩等主要控制截面的內(nèi)力和位移響應(yīng)時程結(jié)果，并對其影響規(guī)律進行了詳細地討論。由于時域分析采用精細逐步積分格式，使計算結(jié)果更加精確。 (4)對前人在ANSYS中進行抖振響

6、應(yīng)時域分析的方法作了改進，并在此基礎(chǔ)上利用ANSYS軟件的Matrix27單元具有開放式的特點結(jié)合APDL語言進行二次開發(fā)獲得了一種更為精細化的在ANSYS中進行大跨度橋梁結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)時域分析的實用方法。繼而重點研究了結(jié)構(gòu)幾何非線性、側(cè)向氣彈效應(yīng)、氣動導(dǎo)納、自然攻角及纜索上脈動風(fēng)等因素對自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋抖振響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，以上各因素對該新型體系橋抖振響應(yīng)結(jié)果的精確性具有不容忽視的影響，須認真對待。其中要特別注意的是，纜索