双向多车道随机车流作用下大跨钢桁梁悬索桥空间动力行为研究

论文摘要

悬索桥以其受力明确,结构柔美,跨越能力大,是大跨及超大跨桥梁的强有力竞争者。自塔科马桥风毁以后,板式加劲梁退出悬索桥历史舞台,使得钢桁梁悬索桥的结构形式不断向前发展。本文以湖北四渡河大桥为工程背景,围绕大跨度钢桁梁悬索桥的空间动力行为进行计算分析,在现有研究的基础上,开展了一些有意义的研究。1、综述国内外悬索桥的研究发展情况,对悬索桥的计算分析理论和动力特性研究现状进行概述,为悬索桥进行静动力分析提供理论基础。2、介绍了四渡河大桥的成桥静动载试验,采用大型通用软件ANSYS计算有限元模型在各静力工况下的响应以及其自振特性,并将理论计算分析结果与实测结果进行对比,验证了有限元模型的正确性,为基于静动力模型修正确定桥梁的基准有限元模型奠定良好的基础。3、阐述了基于ANSYS优化算法的有限元模型修正,提出基于频率的目标函数,并将其他静动力信息作为约束条件的修正方法,实现了对悬索桥的模型修正。在此基础上,编制了桥梁静动载检测分析软件BDANS,将修正后的ANSYS四渡河大桥模型作为输入文件,导入到BDANS中,结合静动载试验的实测数据,验证了BDANS的准确性。同时BDANS基于OpenGL技术开发了可视化和动画显示功能,实现了车桥系统在计算过程中的动态可视化。4、选择不同的伸缩缝刚度值研究了梁端纵桥向伸缩缝刚度对大跨钢桁梁悬索桥静动力特性的影响；对比了不同中央扣形式下大跨度悬索桥的自振特性和行车状态下的动力特性,得出中央扣可以提高悬索桥整体刚度,限制梁端纵向位移以及避免竖吊杆损伤等有益结论；对桥梁健康监测所得的交通量数据进行调查分析统计,提取两个典型时段的随机车流,讨论了不同随机车流作用下悬索桥的动力响应,得出密集运营状态下桥梁动力响应大于一般运营状态下的响应值；且在密集营运状态下桥梁的振幅较大等有益结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥的发展
• 1.1.1 悬索桥的起源
• 1.1.2 国外悬索桥的发展
• 1.1.3 国内悬索桥的发展
• 1.2 悬索桥的研究概况
• 1.2.1 悬索桥计算分析理论
• 1.2.2 悬索桥动力特性研究现状
• 1.3 随机车流的研究概况
• 1.4 本课题的研究背景及意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 悬索桥静动载试验
• 2.1 工程概述
• 2.2 初始有限元模型建立
• 2.2.1 建模方法及单元选择
• 2.2.2 材料参数及边界条件
• 2.3 成桥静动载试验
• 2.3.1 成桥荷载试验的目的及原则
• 2.3.2 静载试验
• 2.3.3 动载试验
• 2.3.4 试验结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于模型修正的悬索桥静动载检测分析软件编制及验证
• 3.1 基于ANSYS优化算法的有限元模型修正
• 3.1.1 有限元模型修正的意义
• 3.1.2 有限元模型修正的过程
• 3.1.3 优化原理的数学模型
• 3.2 悬索桥有限元模型修正
• 3.2.1 待修正参数选择
• 3.2.2 参数灵敏度分析
• 3.2.3 设置变量及构建目标函数
• 3.2.4 优化迭代计算过程
• 3.2.5 模型修正结果
• 3.3 悬索桥静动载检测分析软件
• 3.3.1 BDANS（Bridge Dynamic ANalysis System）软件简介
• 3.3.2 桥梁分析模型
• 3.3.3 加载车列信息
• 3.4 悬索桥静动载检测分析软件的验证
• 3.4.1 静力加载模块验证
• 3.4.2 自振特性计算与实测对比分析
• 3.4.3 跑车试验与车桥耦合振动分析结果对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 悬索桥静动力性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 梁端伸缩缝刚度敏感性分析
• 4.2.1 梁端伸缩缝的构造
• 4.2.2 伸缩缝刚度敏感性分析
• 4.3 中央扣形式对动力性能的影响
• 4.3.1 中央扣的不同形式
• 4.3.2 中央扣对自振特性的影响
• 4.3.3 中央扣对行车状态下悬索桥动力响应的影响
• 4.4 随机车流作用下悬索桥动力性能分析
• 4.4.1 随机车流调查
• 4.4.2 悬索桥的动力响应
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 一、本文的主要工作及研究结论
• 二、今后应进一步的工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 攻读硕士学位期间参与的主要科研项目
• 致谢