不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响.pdf

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1、第４２卷，第２期公路工程Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．２２０１７年４月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．，２０１７不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响苏潇阳，康厚军，丛云跃，陈杰夫，刘利（湖南大学土木工程学院，湖南长沙４１００８２）［摘要］斜拉索由于其轻、柔的特点，经常在外部环境的影响下产生较大的振动，从而对桥梁的力学性能产生影响。以赤石大桥为工程背景，采用不同的斜拉索单元建立了不同的四塔斜拉桥整桥有限元模型，对桥梁的变形、频率、模态等力学性能进行了系统地研究。采用弦振动理论计算出了斜拉索的自振频率与ＡＮＳＹＳ算出的

2、索单独振动的频率进行了对比。结果表明，斜拉索采用ＢＥＡＭ３或者ＬＩＮＫ１单元时计算出的索单独振动的频率与弦振动理论算出的频率吻合得非常好，短索所得计算结果相对于长索误差稍大。［关键词］斜拉索；有限元；建模；力学性能；弦［中图分类号］Ｕ４４８２７［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１７）０２—００４２—０５ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＣａｂｌｅＭｏｄｅｌｓｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＭｕｌｔｉｔｏｗｅｒＣａｂｌｅｓｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅＳＵＸｉａｏｙａｎｇ，ＫＡＮＧＨ

3、ｏｕｊｕｎ，ＣＯＮＧＹｕｎｙｕｅ，ＣＨＥＮＪｉｅｆｕ，ＬＩＵＬｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｌｉｇｈｔａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｔａｙｃａｂｌｅｓｏｆｔｅｎｖｉｂｒａｔｅｌａｒｇｅｌｙｕｎｄｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｕｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｂｒｉｄｇｅＩｎｔ

4、ｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｂｒｉｄｇｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｂｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓＴｈｅｎ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｍｏｄｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄＴｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｃａｂｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｓｔｒｉｎｇａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄ

5、ｅｌａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇＢＥＡＭ３ｏｒＬＩＮＫ１ａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈａｔｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｓｔｒｉｎｇＴｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｅｎｓｉｏｎｆｏｒｃｅｏｆｓｈｏｒｔｃａｂｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｓｔｒｉｎｇｉｓｍｏｒｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｇｏｔｆｒｏｍｌｏｎｇｃａｂｌｅ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｓｔａｙｃａｂｌｅ；ｆｉｎｉｔ

6、ｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｓｔｒｉｎｇ［６］有非常重要的实际工程意义。目前对斜拉桥进０引言行研究分析主要通过有限元软件建立斜拉桥的整体拉索已被广泛用于斜拉桥、悬索桥、张拉屋顶模型，然后对其各力学性能进行评估。杨美良［１］［７］等大跨和高耸结构中。在斜拉桥体系里，斜拉等用有限元分析软件对斜拉桥施工过程的非线［８］索是斜拉桥的主要承力构件之一，控制着斜拉桥的性进行了仿真分析研究，廖小雄等基于ＡＮＳＹＳ［２］［９］内力分布。由于拉索的轻、柔及低阻尼特性，对斜拉桥的施工过程进

7、行了模拟分析，王新征等［３］在风雨（风雨振）、车辆等荷载作用下，极易发以仓安路斜拉桥为实例进行了仿真计算和分析。生大幅度的振动。尤其是由于路面不平整等因素的赤石大桥桥址位于湖南省宜章县，大桥建设条影响，行驶的车辆会对桥梁产生动力冲击效应。从件复杂，造型设计新颖，工程难度大，具有多塔、［４］［１０］而增大斜拉索的响应，甚至可能出现强烈的非大跨、高墩的特点，对其设计和分析容不得一［５］线性行为，进一步影响整座大桥的力学性能。点差错。因此，为促进该类型桥梁的发展，对多塔严重者可能会对桥梁的安全性和耐久性产生很大的斜拉桥力学性能

8、的正确评估显得尤其重要。鉴于以危害。因此，研究斜拉索对一座大桥产生的影响具上原因，本文采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ１２０建［收稿日期］２０１６—１２—１４［基金项目］国家自然科学基金项目（１１５７２１１７，１１５０２０７６）；湖南省交通厅项目（２０１４２８）［作者简介］苏潇阳（１９９４—），男，湖南商丘人，硕士研究