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

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。