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西堠门大桥模态分析及钢箱梁疲劳分析

作　者: 白炼
导　师: 李惠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 悬索桥有限元模型模态分析钢箱梁疲劳分析
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用ANSYS建立西堠门大桥空间杆系有限元模型,通过大变形预应力模态分析获得此悬索桥自振模态。使用APDL程序语言编制命令流按连续刚性支撑梁法求取吊索力并完成各跨主缆找形,从而获得主缆成桥状态的构形和内力。建立全桥模型时,将找形得到的主缆内力转化为初应变赋予各主缆单元,同样也将各吊索力转化为初应变赋予各吊索单元。非线性静力分析后有限元模型的主缆和桥面高程与实测高程最大偏差为6.5cm。将模态分析获得的15阶频率与从桥面加速度信号及构件应变信号中识别得到的频率进行比较,其中1阶频率相差3.9%,2阶频率相差3%,其余各阶频率偏差均在2.5%以下。结构健康监测系统产生的应力时程数据包含了温度应力、结构动态响应和噪声干扰,必须从中提取出结构真实动态响应方可进行精确的疲劳分析。通过对车载应力时程的时域和频域分析,确定噪声滤除界限频率为14Hz。利用雨流计数法统计应力时程并按Miner线性累积损伤理论计算各应变测点处的疲劳损伤增量,分析结果表明温度应力对损伤增量影响很小,而噪声干扰的影响高达20%以上。由各测点损伤增量的大小可以确定桥面中央行车道下位置是疲劳分析的重点关注对象。对现有时段应力数据分析发现,各测点处每天的损伤增量变化较大,说明桥梁通车初期车流尚未稳定,疲劳寿命评估尚需更多数据支持。最后分析了现有风场条件下抖振对钢箱梁疲劳的影响,雨流结果表明抖振导致的应力变程很小,对疲劳的贡献可以忽略不计。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 研究背景和研究目的及意义  9-10
  1.2 研究现状  10-16
    1.2.1 悬索桥动力特性分析  10-11
    1.2.2 钢箱梁疲劳分析  11-16
  1.3 本文研究内容  16-17
第2章悬索桥有限元建模  17-38
  2.1 概述  17-18
    2.1.1 西堠门大桥简介  17-18
    2.1.2 有限元建模概述  18
  2.2 桥塔建模  18-20
    2.2.1 桥塔简介  18-19
    2.2.2 桥塔有限元模拟  19-20
  2.3 加劲梁建模  20-23
    2.3.1 加劲梁简介  20-21
    2.3.2 加劲梁有限元模拟  21-23
  2.4 缆索系统建模  23-33
    2.4.1 主缆及吊索简介  23-24
    2.4.2 主缆及吊索有限元模拟  24-25
    2.4.3 主缆找形  25-33
  2.5 全桥模型静力分析  33-37
    2.5.1 生成桥塔初应力文件  33-34
    2.5.2 生成全桥有限元模型  34-35
    2.5.3 静力分析  35-37
  2.6 本章小结  37-38
第3章悬索桥模态分析  38-46
  3.1 模态分析简介  38
  3.2 纵漂状态模态分析  38-39
  3.3 加装粘滞阻尼器后的模态分析  39-42
  3.4 计算频率与识别频率的对比  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章基于健康监测的钢箱梁疲劳分析  46-66
  4.1 健康监测系统简介  46-48
  4.2 原始数据记录分析  48-55
    4.2.1 修正原始数据  48-49
    4.2.2 应力时程时域分析  49-51
    4.2.3 应力时程频域分析  51-53
    4.2.4 提取结构动态应力响应  53-55
  4.3 应变监测点疲劳状态分析  55-60
    4.3.1 疲劳分析简介  56-57
    4.3.2 各测点疲劳分析  57-60
  4.4 风致抖振疲劳分析  60-64
    4.4.1 风速大小对抖振的影响  60-62
    4.4.2 抖振疲劳分析  62-64
  4.5 应力识别频率汇总  64-65
  4.6 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72

西堠门大桥模态分析及钢箱梁疲劳分析

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