大跨度悬索桥静风稳定性分析-论文.pdf

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1、第40卷第29期山西建筑Vo1．40No．292014年10月SHANXIARCHITECTUREOct．2014·179··桥梁·隧道·文章编号：1009—6825(2014)29—0179—03大跨度悬索桥静风稳定性分析★李周周轶朱红兵(中建钢构有限公司，广东深圳518048)摘要：根据矮寨特大悬索桥实际参数，用大型有限元软件建立了空间模型对工程算例进行了动力特性分析，同时在该桥的静风稳定性方面做了静风扭转发散，静风稳定数值分析及本设计结构在设计风速下的静风响应分析，得出了相应的结构，从理论上保证了该结构的安全性。关键词：动力特性分析，静风扭转发散，静风稳定性中图分类号：U448．

2、25文献标识码：A0引言△占}——结构位移增量向量；△P(艿)}——结构所受外荷载增量向量。本文主要针对第一类风致振动问题对湘西矮寨特大悬索桥(钢桁加劲梁塔梁分离式悬索桥)进行了静风稳定性分析。表1矮寨大桥前2O阶模态频率与振型描述模态阶次频率／Hz振型描述模态阶次频率／Hz振型描述1工程概况10．O568一阶对称侧弯1l0．2736主缆侧振矮寨大桥悬索桥全长1176m，主缆矢跨比1：9．6，两主缆形20．1162一阶反对称竖弯120．2945一阶正对称扭转心距27m；JJn劲梁全长1000．5m，中跨主缆两端靠桥塔处各有无30．1437一阶反对称侧弯l3O．3242一阶反对称扭转40

3、．16o5一阶正对称竖弯140．3420三阶正对称竖弯索区长度为：吉首岸95in、茶洞岸109．5m；加劲梁采用钢桁梁方50．2151二阶正对称竖弯l50．3889三阶反对称竖弯案，梁高7．5ITl，桁架节间距7．25m；桥面行车道系采用钢纵梁与60．25OO主缆侧弯160．3988主缆侧振混凝土桥面板的结合方式，矮寨大桥主桁及桥面横断面布置如图70，2553二阶反对称竖弯l7O．414l主缆侧振+主梁侧弯扭1所示。80．2563主缆主梁耦合侧弯180．4l9l主缆侧振9O．2654主缆侧振190．4338反对称竖弯■100．2726主缆主梁耦合侧弯200．4602主缆侧振270072

4、51200120012{在矮寨大桥的静风稳定分析中，对于静风荷载的处理，通过]i011005f畦0110o50ANSYS中的参量分析法将静力三分力沿桥纵向按实际扭转角的谭计j：稀n变化做出调整从而实现结构内外增量的结合，在此基础上，设计1I{lrIr．l超松弛迭代法的计算流程以加速收敛。具体计算时，按以下步骤实现内外增量的迭代：1)求给定风速下全桥静力三分力分布；2)形成初始风荷载加载面扭转角向量：图1矮寨大桥悬索桥横断面图{}。={0，02，⋯，0}={，oo，⋯，0o}。，扭转角增量向量：2有限元模型{A0}0={A0l，AOz，⋯，△}‘={0，0，⋯，0}；采用ANSYS有限元

5、分析软件对设计方案全桥成桥状态进行3)采用全Newton—Rapson方法进行非线性求解；了结构动力特性有限元分析计算。矮寨大桥有限元模型如图24)求转角向量{0}={002一，0}，由本级与上级转角所示。向量的差值可求出扭转角增量向量{△日}={△△，⋯，△l}，中，A0。=0。一0(￡一I1—0A0(。一1；5)检查最大扭转角增量是否小于收敛范数(本文取0．002。)；6)如果不满足5)，则根据结构新的状态修正三分力重复以上图2矮寨大桥有限元模型步骤1)一5)，进行三分力修正的扭转角向量按下式取值：3动力特性{0}={0}+}A0}。表1列出结构前20阶频率与振型描述。其中，为松弛

6、因子，可以根据具体情况取值，通常在0—14静风稳定性分析之问；4．1大跨度桥梁静风扭转发散7)如果满足5)中要求，则本级风速收敛，调整风速进人下一为全面考虑结构与气动力非线性的影响，须考虑结构的几何级计算。非线性、扭转角沿桥轴线的不均匀分布以及初始攻角的影响，采4．2矮寨大桥静风稳定数值分析用内增量与外增量结合的迭代方法建立如下有限元平衡方程：在矮寨大桥静风稳定性数值分析中，根据风攻角将风轴坐标[K(8)]{{AP(6)}。下的静风力转换到整体坐标系下的阻力、升力与升力矩。表2为式中：[K(卜一结构的切线刚度矩阵；各攻角下计算所得的扭转发散临界风速。收稿日期：2014—08—08★：国

7、家自然科学基金资助项目(项目编号：50978105)作者简介：李周(1984一)，男，博士，工程师；周轶(1977一)，男，工程师；朱红兵(1966一)，男，工程师第40卷第29期·180·2014年10月山西建筑表2各攻角下矮寨大桥静风扭转发散临界风速墨瞰／龄加如∞P／m5O攻角／(。)+5+30—3—5∞鲫∞mO蚰加∞∞∞∞如m0∞∞加：。m0扭转发散临界风速／m·sl20125130>150>15O图3～图9为若干关键部位在各风攻角下的位