大门大桥抗风分析报告13页文档格式.docx

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根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-01-2004），查得温州地区距地面以上10米，频率为1/100平均最大风速V10=33.8m/s。

据《温州市大门大桥工程可行性研究报告》中4.3.7条桥梁抗风、抗震规定标准，大桥在施工和运营期间，需满足12级以上台风、风速分别为33.3m/s和35.9m/s下的稳定性要求。

本报告中场地平均最大风速按后者取值。

桥址地表类别按A类考虑，桥面离水面高度为38.5m，根据《公路桥梁抗风设计规范》式3.2.5-1，计算得K1=1.38，由此，求得本桥运营阶段的设计基本风速Vd=K1·

V10=49.542m/s。

对于施工阶段，设计基准风速VDS=45.954m/s。

根据《公路桥梁抗风设计规范》第6.3.8条，主梁成桥状态颤振检验风速

[Vcr]=1.2·

μF·

Vd=1.2×

1.3068×

49.542=77.69m/s。

主梁施工阶段颤振检验风速

[Vscr]=1.2·

μf·

VDS=1.2×

39.181=72.05m/s。

3．1计算图式

本方案的抗风稳定性分析中，梁、塔、墩采用梁单元建模，索采用单向受拉杆单元建模。

考虑到主梁为带实心边梁板式开口断面，其自由扭转刚度较小，若按照单脊梁（鱼骨式）模型，因为常规梁单元的限制，其不能考虑主梁约束扭转刚度的影响，因此在建模分析中常考虑作三主梁模型处理。

而在ANSYS程序中提供考虑截面翘曲刚度的梁单元，通过建立单脊梁（鱼骨式）模型，能够准确计算结构的扭转频率，从而有效模拟斜拉桥开口截面主梁。

报告采用单脊梁模型，梁单元选用计入截面翘曲刚度的BEAM188单元。

为比较动力特性分析结果，另采用梁格法建模分析，进行验证。

见图1。

根据结构所处状态，建模包括4方面内容：

本桥式方案成桥状态和施工独塔阶段、最大双伸臂阶段、最大单伸臂阶段。

各计算图式如图1、2。

图1成桥状态计算图式（单脊梁和梁格模型）

图2最大双伸臂和独塔阶段计算图式

图3最大单伸臂阶段计算图式

3．2边界条件

本桥式方案的成桥状态和施工最大双、单伸臂阶段的边界条件见表3，

表3成桥状态和施工最大单伸臂阶段结构各部位边界条件

结构部位

成桥状态

施工最大单伸臂阶段

△x

△y

△z

θx

θy

θz

主塔在承台顶处

1

塔梁交接处

边墩在承台顶处

边墩与梁交接处

注：

1．表3中，△x、△y、△z分别表示沿横桥向、竖桥向、纵桥向的线位移，θx、θy、θz分别表示绕横桥向、竖桥向、纵桥向的转角位移，1—约束，0—放松。

2．施工最大双悬臂阶段主塔在承台顶处、塔梁交接处边界条件与施工最大单悬臂阶段相同。

3．3结构动力特性分析

3.3.1成桥状态

表4和表5分别给出单脊梁和梁格法建模成桥状态的振型特点，单脊梁模型其相应的振型图见图5。

从表4和表5可以看出，采用188单元的单脊梁和梁格法建模分析结果很接近，同时其扭转频率值相差不到3%。

单脊梁模型分析结果满足要求。

从振型图来看，因为塔、梁分离，节点无顺桥向约束，主梁顺桥向刚度比较弱，一阶振型为纵飘振型，频率值较低。

同时，主塔和斜拉索对主梁的扭转制约作用比较明显，主梁抗扭刚度较高，振型靠后，出现在第十阶，对结构抗风有利。

塔高自承台以上达148.3m，斜拉桥主跨为316m，但由于采用倒Y形，因而主塔的纵弯振型靠前，出现在第一阶。

尽管主塔较高，塔梁分离，板式主梁的抗扭刚度较小，但由于塔身形状以及双索面的布设，主梁仍具有较高的扭转自振频率和扭弯频率比，为主梁的抗风稳定性提供了可靠的保证。

表4成桥状态动力特性表（单脊梁模型）

No

振型主要特性

自振频率（Hz）

自振周期（S）

主梁纵飘

0.089035

11.23154

2

主梁竖弯

0.28858

3.465244

3

0.39456

2.534469

4

边墩侧弯+主梁侧弯

0.49973

2.001081

5

0.62326

1.604467

6

0.66886

1.495081

7

主塔侧弯

0.67968

1.471281

8

0.75035

1.332711

9

0.84297

1.186282

10

主梁扭转

0.85786

1.165691

扭弯频率比ε=f10/f2=2.973

表5成桥状态动力特性表（梁格模型）

0.094026

10.63536

0.25288

3.954445

0.36128

2.767936

0.51392

1.945828

0.67295

1.485995

0.70069

1.427165

0.7075

1.413428

0.79617

1.256013

0.83947

1.191228

0.87803

1.138913

第一阶模态

第二阶模态

第三阶模态

第四阶模态

第五阶模态

第六阶模态

第七阶模态

第八阶模态

第九阶模态

第十阶模态

图5成桥状态前十阶模态

3.3.2裸塔状态

独塔自立状态的振型特点见表6，其相应的振型图见图6。

对结果分析可知，塔身较高，呈倒Y形，塔身纵弯频率较低，而侧弯和扭转频率较高，说明裸塔自身的抗扭刚度较高。

表6推荐方案独塔自立状态动力特性表

塔纵弯

0.2811

3.5581

塔侧弯

0.8547

1.1700

1.5532

0.6438

1.5810

0.6325

塔扭转

2.0218

0.4946

第二阶模态

第三阶模态

第四阶模态

图6裸塔自立状态前五阶模态

3.3.3最大双伸臂状态

施工最大双伸臂阶段的振型特点见表7，其相应的振型图见图7。

从振型图来看，由于边跨合龙前主塔双侧最大伸臂长度仅为97.6m，结构的动力特性更依赖于主塔自身特性，最大双伸臂结构的低阶振型出现以主塔为主的振动，主梁扭转频率较高。

主梁竖弯和扭转基频较为接近，需要进行弯扭耦合颤振检算。

表7施工最大双伸臂阶段动力特性表

主塔纵弯

0.2095

4.7740

主梁侧弯

0.3728

2.6828

塔梁侧弯

0.7899

1.2660

0.8809

1.1352

主塔纵弯+主梁竖弯

0.9165

1.0911

1.1199

0.8929

1.2843

0.7786

1.4402

0.6943

1.5525

0.6441

扭弯频率比ε=f6/f4=1.271

图7施工最大双伸臂阶段前六阶模态

3.3.4最大单伸臂状态

施工最大单伸臂阶段的振型特点见表8，其相应振型见图8。

从振型图来看，在最大悬臂状态，由于塔梁固结，低阶振型出现塔梁纵弯和塔梁横弯的振型。

而边墩纵飘振型在第九、十阶出现。

最大伸臂达158m，主梁的抗扭刚度相对双伸臂明显偏小，扭转振型在第五阶出现。

表8施工最大单伸臂阶段动力特性表

主梁竖弯+主塔纵弯

0.3461

2.8897

0.3890

2.5706

0.7433

1.3454

0.7521

1.3297

0.8882

1.1259

0.9094

1.0997

1.0002

0.9998

1.1850

0.8439

边墩纵飘

1.2453

0.8030

1.3205

0.7573

扭弯频率比ε=f5/f1=2.567

4．1桥梁抗风安全等级

根据《公路桥梁抗风设计规范》第6.3.1条，桥梁颤振安全等级按下式计算：

=

，各工况下的颤振稳定性指数及分级见表9。

表9颤振稳定性指数及分级

工况

分级

抗风稳定性

2.365

Ⅰ

安全

施工最大双伸臂阶段

1.812

2.285

从表9可以看出，本桥成桥状态和施工最大单伸臂阶段的主梁颤振稳定性指数If值均小于2.5，抗风稳定性分级均为Ⅰ级，因此，可以得出本桥的成桥状态和施工最大单、双伸臂阶段的抗风安全是有充分保证的。

4．2颤振临界风速的估算

对弯扭耦合颤振，其临界风速根据《公路桥梁抗风设计规范》的两个公式分别进行估算。

4．2．1弯扭耦合颤振的Vanderput公式

Vcr1=ηα·

ηs[1+（ε-0.5）

]·

ωh·

b

式中：

ηs为主梁断面形状影响系数，取ηs=0.7；

ηα为攻角效应系数，取ηα=1；

b为半桥宽，取b=17.75；

r为惯性半径，计算得2.75；

ε为扭弯频率比，成桥阶段：

ε=f10/f2=2.973；

施工阶段：

最大双伸臂ε=f6/f4=1.271，最大单伸臂ε=f5/f1=2.566。

μ为梁体质量与空气的密度比，μ=m/（πρb2）=43.7。

m=53008kg/m；

ρ=1.225kg/m3；

ωh为基阶竖弯自振圆频率，成桥阶段：

ωh1=2πf2=1.813；

最大双伸臂ωh2=2πf3=5.536，最大单伸臂ωh3=2πf3=2.175。

成桥阶段：

Vcr1=145.5m/s>

[Vcr]=77.69m/s。

最大双伸臂Vscr1=185.9m/s>

[Vscr]=72.05m/s。

最大单伸臂Vscr1=150.3m/s>

[Vscr]=72.05m/s

4．2．2分离流扭转颤振的临界风速的Herzog公式

Vco=Tho-1·

B·

ft

Tho-1为西奥多森数的倒数，根据《公路桥梁抗风设计规范》第6.3.4.2条，Tho-1=2.5

=6.5；

B为全桥宽，取B=35.5米；

ft为主梁扭转基频。

ft=0.8578；

最大双伸臂fst=1.1199，最大单伸臂fst=0.8882。

计算得：

Vco=186.8m/s；

最大双伸臂Vsco1=243.9m/s，最大单伸臂Vsco2=193.4m/s。

考虑形状折减系数ηs=0.7和攻角效应折减系数ηα=1.0，得：

Vcr=130.8m/s>

[Vcr]=77.69m/s；

最大双伸臂Vscr1=170.7m/s>

最大单伸臂Vscr2=135.4m/s>

4．3结论

通过以上分析知，桥梁在成桥阶段和施工阶段的抗风临界风速均大于该地区最大设计风速，说明该方案满足抗风性要求。

希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：

1、理想的路总是为有信心的人预备着。

2、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。

——罗曼·

罗兰

3、人生就像爬坡，要一步一步来。

——丁玲