1．目的及意义

斜拉桥体系在19世纪初就已经出现，是继悬索桥之后的另一种大跨径桥梁体系，直到最近的５０年迎来了快速发展，但在桥梁建造中时常出现许多大跨径斜拉桥梁在极端荷载作用下发生连续崩塌的现象，造成这一现象原因之一便是大跨度桥梁在诸如风荷载，地震荷载，车辆等外部荷载冲击荷载下其动力响应预研不够充分。这一领域的缓慢研究也严重制约了大跨径斜拉桥梁设计的发展，因此对该方向的继续研究也变得十分迫切。外部荷载作用下的动力响应也是是桥梁动力学研究的重要内容之一。

早在多年前，美国ＰＴＩ《斜拉桥设计指南》推荐了２种加载模式，确定冲击荷载所引起的动力响应：一种是拟动力法，即采用与冲击荷载相同的静力荷载作用，并总结得出使斜拉索断裂所造成的冲击荷载是静力荷载的２倍；另一种方法是直接对桥梁发生损坏时的整体结构进行非线性动力分析。与拟动力法中仅分析斜拉索断裂所造成的最大动力作用相比，非线性动力分析可以更详细地反映结构振动过程。50 年代起 J.M.Biggs 开始用数值积分方法求解车辆-梁桥系统的动力响应取得成功。随着计算机技术的不断提高，关于车桥-耦合振动的数值模拟得以快速发展。当前关于车桥耦合分析主要涉及到多自由度车辆模型的模拟、桥面不平整的模拟、车桥耦合数值模拟计算模型优化处理、考虑其它时变效应的车桥耦合分析的模拟以及基于车桥耦合振动分析的其它研究内容。对此国内已有大量与车桥耦合分析计算相关的研究。车辆桥梁的耦合振动的问题，除了借助古典车辆振动分析理论或数值积分求解进行研究，试验统计方法仍为重要途径。1907 年到 1921 年欧美各国对车桥振动问题进行了大量实验统计工作，并形成了冲击系数μ与桥梁跨径 L 相关的认识。2008 年袁明等人利用 VC 编制了可用于车-桥系统耦合振动分析的专业程序CQZD。以 2 座大桥为例,分析了桥梁基频对大跨 PC 连续刚构桥冲击系数的影响,并将算例中的冲击系数计算结果同按规范 JTG D60—2004 计算的结果进行了比较，结果表明:桥梁基频对冲击系数的影响比较显著,冲击系数随基频的降低而降低。2010 黄新艺等将车桥耦合振动体系的分离成车辆和桥梁两个子系统,基于ANSYS 软件建立了 3 种车辆和桥梁的有限元模型。考虑桥面不平度影响,以车轮与桥梁接触点的位移作为协调条件,采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。采用快速傅立叶逆变换的方法,应用三角级数叠加模拟了 5 种等级的桥面不平度及其速度项。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟，研究了车辆模型、桥面状况和车速对桥梁冲击效应的影响。结果表明:不同车辆模型对桥梁的冲击效应差别很大,桥面不平度对冲击效应的影响较车速大,桥梁的位移冲击效应大于内力冲击效应。

通过参考以往研究可以发现，为能更有效反应桥梁结构真实受力状况，结构自振频率及相应振型，对于冲击荷载的处理主要方式为借助有限元和计算机数据分析。但目前模型建立大部分仅利用在简单的梁式桥上，对于斜拉桥受冲击荷载作用下动力响应，由于桥梁结构及受力特性与简支梁桥差异较大，所以专门针对斜拉桥受冲击荷载作用下的动力响应分析并不常见。而本课题主要则是以西固黄河渡河大桥为例。尝试利用建模软件（Madis）对整个西固黄河大桥建立三维模型，先对其自振频率和振型进行分析绘制应力应变曲线，随后再施加与冲击荷载等效的静荷载，对斜拉桥受冲击荷载过程中整个结构动力响应进行分析，绘制出加载过程中桥梁动力学响应与所施加荷载的动力学曲线，得出该斜拉桥冲击荷载作用时力响应特性数值，为其他斜拉桥上部结构设计提供参考。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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基本内容：根据西固黄河大桥的设计资料，利用大型有限元分析软件计算此大跨度斜拉桥的自振频率及相应振型。建模结构主要包括桥塔，桥墩，斜拉索等，有限元软件则主要以Midas为主。采用冲击荷载作用下的动力响应分析来模拟车辆过桥时的动力响应情况，对该斜拉桥进行动力响应分析，并与桥梁动力特性实测数据进行对比分析。

目标：通过前期对西固黄河大桥桥墩，桥台，桥塔，结合梁等尺寸的熟悉，利用Midas完成模型建立，并分析其振动频率和和相应振型，添加荷载作为冲击荷载分析动力特性。最后完整组装起西固黄河大桥，再次加载进行动力特性分析，与实际记录值进行对比，探究数值差异原因，计算出出受力作用下黄河大桥力学特性。

拟采取技术方案及措施：

前期将有关图纸熟悉，尺寸记录清楚，并根据相应尺寸开始建立模型，分析所建立结构的自振频率及相应振型，得出结构振动周期并画出随时间变化的曲线图。从近年来的桥梁动荷载实验实测冲击系数的统计分析入手,运用统计学中的回归分析方法,得到冲击系数与汽车荷载速度之间关系;将利用模型计算得到的动力放大系数与车速、桥梁结构基频之间的相互关系进行拟合,得出动力放大系数与车速、桥梁结构基频之间的关系。通过动力放大系数,将汽车荷载等效简化成为瞬态冲击荷载，并分析该荷载下的动力特性。3. 参考文献

1.中华人民共和国交通部，公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京:人民交通出版社,2003

2.中华人民共和国交通部，公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京:人民交通出版社,2004

3.中华人民共和国交通部，公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京:人民交通出版社，2004

4.中华人民共和国交通部，公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000）.北京:人民交通出版社，2000

5.中华人民共和国交通部，公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63—2007）.北京:人民交通出版社，2007