摘 要

斜拉桥是一种在当下比较常见的一种桥型。随着我国交通基础设施建设的蓬勃发展，斜拉桥以其优美的外形和超强的跨越能力得到越来越多的关注。随着“一带一路”的推进，更多的斜拉掐将呈现在我们的面前。然而斜拉桥跨度的增大也带来了很多问题，其中桥跨结构的自振特性和车辆荷载的冲击等动力学问题尤为突出。

本文在已有资料的基础上，以襄樊市汉江三桥为背景，使用有限元软件Midas建立有限元模型，对襄樊市汉江三桥进行了在冲击荷载情况下的动力特性研究。襄樊市汉江三桥的自振振型中，模态1振型为主梁对称侧弯，频率为0.579Hz。模拟以550KN的三角形荷载来代替车辆的冲击荷载，跨中的自振周期跟主梁的自振周期是很相近的。得到跨中节点的位移和弯矩分别是6.667mm和30588KN·m。通过动力学分析揭示桥跨结构在车辆荷载情况下的受力和变形状况。

关键词：斜拉桥；动力学；有限元；移动荷载

Abstract

Cable-stayed bridge is a kind of bridge type which is quite common at the moment. With the vigorous development of China's transportation infrastructure, oblique stayed bridge with its beautiful appearance and strong spanning ability get more and more attention. With the "The Belt and Road" to promote, more will pinch cable-stayed appeared in front of us.However, cable-stayed bridge span increases also brought a lot of problems, especially the bridge span structure self vibration characteristics and vehicle load impact dynamics problems.

Based on available information, on the background of Xiangfan Hanjiang River Bridge, using the finite element software Midas finite element model is established, and the dynamic characteristics of Xiangfan Hanjiang River bridge is studied.Xiangfan Hanjiang River bridge vibration modal, modal vibration mode for the main girder 1 symmetric side bend frequency is 0.579Hz. The simulation takes the triangular load of 550KN instead of the impact load of the vehicle, and the natural vibration period in the mid span is very similar to the natural vibration period of the main beam. The displacement and bending moment of the mid span are 6.667mm and 30588KN·m, respectively.Bridge structure reveals the force and deformation condition when the vehicle loading conditions by kinetic analysis.

Key Words：Cable-stayed Bridge；Dynamics；Finite element；Moving load

目 录

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 斜拉桥概述 1

1.2 斜拉桥与其他桥梁优越性对比 1

1.3 斜拉桥的结构体系及特点 2

1.3.1 塔梁固结体系及特点 2

1.3.2 刚构体系及特点 2

1.3.3 半漂浮体系及特点 2

1.3.4漂浮体系及特点 2

1.4 国内外研究现状 3

1.4.1温度效应的研究 3

1.4.2 地震的研究 3

1.4.3 风荷载的研究 3

1.4.4 索力的研究 3

1.5 斜拉桥的应用 3

1.6 本文研究的主要内容 4

1.6.1 研究意义 4

1.6.2 研究内容 4

1.7 本章小结 4

第2章 斜拉桥动力学分析的内容 5

2.1 斜拉桥动力学分析内容及方法 5

2.2 斜拉桥结构动力学特点 5

2.3 对斜拉桥动力学的认识 5

2.4 本章小结 6

第3章 有限元模型的建立 7

3.1 有限元介绍 7

3.2 汉江三桥介绍 7

3.2.1 主桥及索塔 7

3.2.2 主要材料 8

3.2.3 结构体系 9

3.2.4 主要技术指标 9

3.3 桥梁模型的建立 9

3.3.1 材料及截面的定义 9

3.3.2 节点的建立 10

3.3.3 单元的建立 12

3.3.4 边界条件的定义 13

3.3.5 荷载的定义 15

3.4 本章小结 21

第4章 自振特性分析 22

4.1 襄樊市汉江三桥的自振特性分析 22

4.2 自振特性小结 28

第5章 冲击荷载作用下的动力响应分析 29

5.1 时程荷载模拟简化模型 29

5.2 质量数据与特征值分析数据 29

5.3 时程分析数据 31

5.4本章小结 33

第6章 结论与展望 34

6.1 结论 34

6.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 36

第1章 绪论

1.1 斜拉桥概述

斜拉桥人们亦称它为斜张桥，是用许多拉索将索塔和主梁直接连接的一类桥梁，是由主要承受压力的索塔（当然它还要承受来自斜拉索的拉力）、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。可以把它看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省建筑材料。

斜拉桥已经广泛应用于需要较大跨越能力的桥梁工程建设当中，以武汉最为常见的武汉二七长江大桥来说（也是斜拉桥）。它的出现，既满足了需要跨越长江的能力，也达到了桥下能够保证较大通航的要求（船舶）。既满足了武汉较大的交通流量，还成为长江上又一道亮丽的风景。

在斜拉桥的结构体系中，梁是桥梁承载的主体，它是直接承受来自桥面压力的最直接承载体；斜拉索与梁结构（主梁）之间弹性连接，斜拉索在承受到来自梁体传来的拉力时，它的竖向分量通过索塔向下传递，水平分量等同于作用在梁上的压应力，如同给其施加预应力。相较于悬索桥，由于斜拉桥的斜拉索是直接作用在主梁结构上的，这种布置形式能够有效增强结构体系的整体稳定性，在桥梁上来说就是抗弯、抗扭刚度等。凭借其跨越能力大，结构美观的斜拉桥成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一^[2]。

1.2 斜拉桥与其他桥梁优越性对比

斜拉桥的特点在概述部分已经作了较为详细的描述。在此着重说一下梁桥跟悬索桥，不作更为详细的划分。