摘 要

斜拉桥是目前世界上使用最广的桥梁类型之一，它的跨径大，结构体系完善，深受桥梁设计者和建筑者的追捧。进行斜拉桥的建模和动力响应分析，可以从学术的角度去进一步的认识和了解斜拉桥的应力分布情况和工作状态，更好的使用和管理斜拉桥。观其整个研究过程，对其动力响应的分析是很重要的一方面研究内容，因为在动力特征方面，与梁式桥相比较来说，斜拉桥有它自身的一些特征。

本文结合一座大跨度斜拉桥——襄阳汉江三桥，采用有限元软件MIDAS分析了该桥在冲击荷载作用下所产生的一系列的动态响应分析，同时也为大跨度斜拉桥的工程设计贡献了一些具体的理论依据。本文的主要内容：

(1) 本文通过收集斜拉桥以及有关桥梁工程的一些相关数据和资料，论述了斜拉桥的建模以及自振频率的分析过程。以有关襄阳汉江三桥的具体数据作为工程复分析资料，使用有限元软件 MIDAS 建立了该桥的三维空间有限元模型，并且详细说明了三维空间实体模型的相关内容。

(2) 对襄阳汉江三桥进行自振特征的分析，详细地描述该桥的动力特性的相关内容。并且利用模型通过减少斜拉索的方式得出了自振频率等数据，通过数据比较分析了斜拉索的数目对斜拉桥自振频率是否有影响。

(3)模拟了不同速度的车辆荷载通过桥面，得到了各类情况下不同的结果曲线，并进行了一定的分析。对此桥的瞬态动力分析中，在中跨跨中以及四分之一跨跨中施加集中力荷载来模拟并分析了桥跨结构所产生的时间历程动力响应。

关键词：斜拉索；建模；自振频率；自振特性；动力分析

Abstract

Cable-stayed bridge is one of the most widely used bridges in the world now. Through modeling and dynamic response analysis of cable-stayed bridge, the stress distribution and working state of cable-stayed bridge can be further understood and understood from the academic point of view, and the cable-stayed bridge can be used and managed better. In the whole research process, the analysis of the dynamic response is an important part of the research, because in the dynamic characteristics, compared with the girder bridge, the cable-stayed bridge has its own characteristics.

In this paper, a series of dynamic response analysis of a large span cable-stayed bridge, Xiangyang Hanjiang third Bridge, under impact load is analyzed by finite element software MIDAS. At the same time, it also contributes some concrete theoretical basis for the engineering design of long span cable-stayed bridge. The main contents of this paper are as follows:

This paper discusses the modeling of cable-stayed bridge and the analysis process of natural vibration frequency by collecting some relevant data and data of cable-stayed bridge and bridge engineering. Taking the concrete data of Xiangyang Hanjiang River third Bridge as engineering complex analysis data, the three-dimensional spatial finite element model of the bridge is established by using the finite element software MIDAS, and the relevant contents of the three-dimensional spatial solid model are explained in detail.

The vehiThe natural vibration characteristics of Xiangyang Hanjiang third Bridge are analyzed, and the dynamic characteristics of the bridge are described in detail. The natural vibration frequency and other data are obtained by using the model to reduce the stay cable, and the effect of the number of cables on the natural vibration frequency of the cable-stayed bridge is analyzed through the comparison of the data.

cle loads with different speeds passing through the bridge deck are simulated, and the results of various cases are obtained and analyzed to a certain extent. In the transient dynamic analysis of the bridge, the time history dynamic response of the bridge span structure is simulated and analyzed by applying concentrated force load in the middle span and 1/4 span.

Key words: Stay cable；modeling；natural frequency of vibration；vibration characteristics；dynamic(al) analysi

目录

第一章绪论 1

1.1 斜拉桥的结构 1

1.1.1 斜拉桥的结构特点 1

1.1.2 斜拉桥的结构体系 1

1.2斜拉桥的发展历程及展望 1

1.2.1国外斜拉桥的发展历程 2

1.2.2 国内斜拉桥的发展历程 2

1.2.3 斜拉桥的发展展望 3

1.3斜拉桥动力响应分析研究的意义 4

1.4 国内外对斜拉桥的研究现状 4

1.5 研究内容 5

1.6 本章小结 5

第二章 有限元模型的建立 6

2.1 工程概述 6

2.1.1 桥梁设计概况 6

2.1.2 设计技术标准 6

2.1.3 大桥总体设计 6

2.2 主要材料 7

2.3 结构体系 7

2.4 斜拉桥模型的建立 7

2.4.1 主梁 7

2.4.2 斜拉索 8

2.5 荷载 8

2.6 边界条件 8

2.7 本章小结 9

第三章 斜拉桥自振特性分析 10

3.1 建立动力模型 10

3.2 特征值分析 10

3.2.1 简述特征值分析 10

3.2.2 进行自振特性分析时需注意的问题 11

3.3 斜拉桥的自振特性分析 11

3.3.1 斜拉桥自振特性分析的方法 11

3.3.2 斜拉桥自振特性分析的三维空间有限元法 11

3.3.3 斜拉桥的自振特性分析 11

3.4 影响自振特性的因素 19

3.4.1 斜拉索疏密程度对斜拉桥自振频率的影响 19

3.5 本章小结 20

第四章 斜拉桥的动力响应分析 21

4.1 动力学分析的基本理论 21

4.2 车辆荷载下的动力分析 22

4.2.1 车辆匀速通过桥面时主梁的弯矩动力响应 22

4.3.2 汽车荷载匀速时主梁轴力响应 26

4.3.3 汽车荷载在匀速时斜拉索轴力响应 29

4.4 冲击荷载作用下动力响应分析 32

4.4.1主梁弯矩动力响应 32

4.3.2斜拉索索力动力响应 34

4.5 本章小结 35

第五章结论与展望 37

5.1 结论 37

5.2 展望 37

参考文献 38

致谢 40

第一章绪论

斜拉桥的结构

斜拉桥的结构特点

斜拉桥的受力特点是高强度斜拉索将主梁多点吊起，主梁自重和经过桥面上的全部活载经由斜拉索传递到塔柱，最后由塔柱传到地基。由此受力特性可以看出，斜拉桥的主梁就像是一个拥有多个弹性支撑点一样的连续梁一样，但是就同跨径而言，斜拉桥主梁的截面尺寸却比连续梁的截面尺寸小得多，很大程度上减少了材料的使用，使得斜拉桥自重明显减轻，从而增大斜拉桥的跨越能力。

斜拉桥的结构体系

斜拉桥的受力体系由主梁、塔柱、斜拉索共同组成的整体所决定，根据其不同的组合方式，使得斜拉桥的结构体系也变得丰富多样。按照斜拉索的锚固方式可以分为三种体系：（1）自锚式斜拉索桥。所有拉索都来连接主梁和塔柱，桥梁自重和所有荷载都有塔柱传到地基，拉索上沿水平方向上的分力由塔柱进行平衡。

1. 地锚式斜拉索：斜拉索的一端连接在塔柱上，而另一端连接在山体上或者河岸的地锚中。

（3）部分地锚式斜拉桥：这种拉索锚固方式适用于边跨相对于主跨较小时才能使用，即斜拉索一端连接塔柱，而在另一边，部分拉索连接主梁，另一部分布置为地锚式。

按照索塔、主梁、桥墩的不同之组合关系又可以将斜拉桥分为以下几种：

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