斜拉桥－电视塔－流固耦合

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1、庄茁1黄东平1汪正兴21清华大学航天航空学院2铁道部大桥局科学研究院2010.05.29-30首届超限建筑结构有限元分析讲习班-北京第2讲：荆州长江大桥南叉斜拉桥结构仿真ABAQUS在桥梁结构中的应用Seismicresponse—retrofittingoftheGoldenGateBridgeTransientnonlineardynamics荆州长江斜拉桥结构三维仿真荆州长江斜拉桥结构三维仿真荆州长江斜拉桥结构三维仿真桥塔桥面板桥塔建模荆州长江斜拉桥结构三维仿真拉索建模斜拉索建模主要有三种方法：等效弹性模量法、多段直杆法和曲线索单元法。多段直杆法，将拉索离散成一串铰接的连杆，自重和

2、其它载荷集中作用在节点处。每索30根杆，最大垂跨比约为0.4％，准确度足够。拉索不能受压。实际施工中，斜拉索经过了预张拉，拉索始终工作在拉伸状态。荆州长江斜拉桥结构三维仿真桥面体系桥面系包括主梁、桥面板和筋板，人们常用鱼刺模型。即将桥面视为理想的抗弯、抗剪、抗扭和抗轴力的均匀骨架单元。将桥面板和主梁用实体单元模拟，下面的筋板用厚壳单元（8节点）模拟。选择ABAQUS/Standard。主梁采用Rebar技术施加预应力。荆州长江斜拉桥结构三维仿真静力学分析，一次性加载静载荷只包括了桥梁的自重全桥竖向位移分布荆州长江斜拉桥结构三维仿真桥面体系的最大挠度出现在中跨的梁段上，中心挠度11.4cm

3、，边缘为9.5cm。位移与桥的跨度比很小，表明在设计成桥索力之下桥梁接近刚性支撑连续梁状态，设计索力是合理的。拉索中最大垂度为69cm，相应的垂跨比为0.4%。这说明了我们用30个拉杆单元模拟一根拉索能提供足够的精度。荆州长江斜拉桥结构三维仿真全桥纵向位移分布纵向应力分布荆州长江斜拉桥结构三维仿真桥面最大压应力在第20-23主梁下表面，为15MPa。主梁的材料为C60混凝土，其标准强度42.0MPa，设计强度32.5MPa，满足设计要求。荆州长江斜拉桥结构三维仿真5号梁段沿桥纵向应力(S33)分布情况荆州长江斜拉桥结构三维仿真该桥桥面体系自身是很不平衡。为了体系的平衡，除了截面形状的变化

4、外，边跨的最末几块桥面梁段配有较大的配重。拉索体系受力均匀。最大索应力607.6MPa，拉索采用的是低松弛镀锌高强度钢丝，强度1570MPa，因此有约2.5倍的安全裕度。满足设计要求。荆州长江斜拉桥结构三维仿真逐段加载斜拉桥结构在其成桥过程中，整个桥的内力在不断地变化。甚至有些部位的受力情况与成桥之后的情况相差甚远。用一次性加载，可能会无法估计到一些危险情况，例如满足成桥后的强度、刚度和稳定，不一定满足施工过程中的强度、刚度和稳定。在实际施工中，用于改善结构受力的一些辅助设施(如支架、悬挂设施和临时墩等)的作用在一次性加载中无法得到体现。荆州长江斜拉桥结构三维仿真荆州长江斜拉桥结构三维仿

5、真动态分析动态分析包括两个部分：模态分析和地震反应时程分析。1阶振型(纵漂)，频率0.18459荆州长江斜拉桥结构三维仿真2阶振型(一阶对称竖弯)，频率0.28296荆州长江斜拉桥结构三维仿真3阶振型(一阶对称侧弯)，频率0.36452荆州长江斜拉桥结构三维仿真4阶振型(一阶反对称竖弯)，频率0.47058荆州长江斜拉桥结构三维仿真5阶振型(塔反对称侧弯)，频率0.51384荆州长江斜拉桥结构三维仿真荆州长江斜拉桥结构三维仿真金门桥(1937-)宽跨比-27.4/1280.2=1:46.7塔科玛峡湾桥(1940-1940)-11.9/853.4=1:726阶振型(对称扭转)，频率0.58

6、84613阶振型(竖弯)，频率0.66620荆州长江斜拉桥结构三维仿真32阶振型(塔对称侧弯)，频率0.77994荆州长江斜拉桥结构三维仿真46阶振型(竖弯)，频率0.82465荆州长江斜拉桥结构三维仿真50阶振型(反对称扭转)，频率0.84960荆州长江斜拉桥结构三维仿真荆沙大桥与南浦大桥振型比较南浦大桥荆沙大桥10.14255(纵漂)10.18459(纵漂)20.34306(一阶对称竖弯)20.28296(一阶对称竖弯)30.34598(一阶对称侧弯)30.36452(一阶对称侧弯)40.42349(一阶反对称竖弯)40.47058(一阶反对称竖弯)50.49886(对称扭转)50.

7、51384(塔反对称侧弯)60.50687(塔反对称侧弯)60.58846(对称扭转)70.53913(塔对称侧弯)130.66620(竖弯)80.61027(反对称扭转)320.77994(塔对称侧弯)90.63359(竖弯)460.82465(竖弯)100.73336(竖弯)500.84960(反对称扭转)荆州长江斜拉桥结构三维仿真从抗震的概念考虑，希望结构柔一些，振动周期长，地震反应小。一阶对称竖向弯曲振型对桥的地震响应和抗风