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异形拱桥稳定性及自振特性参数研究

汇报人：

2024-01-30

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目录

异形拱桥概述

稳定性分析原理与方法

自振特性参数研究内容及方法

数值模拟与实验验证

异形拱桥稳定性优化措施

自振特性参数在实际工程中应用

总结与展望

01

异形拱桥概述

定义

异形拱桥是指桥面系和主拱圈在空间呈异形曲线布置的拱桥，其造型独特、结构新颖，具有很强的景观效应。

特点

异形拱桥的主要特点包括结构形式复杂、受力性能特殊、施工难度大等。由于异形拱桥的拱圈和桥面系在空间呈曲线布置，使得其受力性能与常规拱桥存在很大差异，需要进行专门的研究和分析。

早期探索

早期的异形拱桥主要是一些小跨径、简单形式的石拱桥和木拱桥，其结构形式和受力性能相对简单。

近代发展

随着材料科学和计算技术的进步，异形拱桥逐渐向着大跨径、复杂形式的方向发展。钢拱桥、钢筋混凝土拱桥等新型拱桥形式的出现，为异形拱桥的发展提供了更广阔的空间。

现代创新

现代异形拱桥在结构形式、材料使用、施工工艺等方面都取得了很大的创新。例如，采用新型复合材料、预应力技术等，使得异形拱桥的受力性能更加合理，施工更加便捷。

城市景观桥

01

异形拱桥独特的造型和景观效应，使其成为城市景观桥的首选方案。在城市中心、公园、广场等场所，异形拱桥往往成为标志性的建筑景观。

山区桥梁

02

在山区地形中，由于地形限制和环保要求，往往需要采用跨度大、结构轻盈的桥梁方案。异形拱桥由于其受力性能优越、造型美观，往往成为山区桥梁的首选方案。

跨河跨海大桥

03

对于需要跨越河流、海峡等水域的桥梁工程，异形拱桥也具有一定的应用优势。例如，采用斜拉-拱组合结构等形式，可以有效地提高桥梁的跨越能力和稳定性。

02

稳定性分析原理与方法

结构在受到外部扰动后，能够恢复到原始平衡状态的能力。

稳定性定义

稳定性分类

稳定性判据

根据结构失稳的性质，可分为分支点失稳和极值点失稳。

用于判断结构是否稳定的准则或标准，如静力准则、动力准则等。

03

02

01

基于静力平衡原理，通过逐步增加荷载来寻找结构的失稳临界点。

静力分析法

考虑结构在动力荷载作用下的响应，通过分析结构的自振特性和动力稳定性来判断结构的稳定性。

动力分析法

利用有限元软件对结构进行离散化，通过求解有限元方程来得到结构的变形和应力分布，进而判断结构的稳定性。

有限元法

03

针对异形拱桥可能出现的失稳模式，如面内失稳、面外失稳等，需要采用相应的分析方法和措施进行研究和防范。

01

考虑到异形拱桥的复杂性和特殊性，一般采用有限元法进行稳定性分析。

02

在有限元分析中，需要选择合适的单元类型、材料模型和边界条件等，以确保分析结果的准确性和可靠性。

03

自振特性参数研究内容及方法

自振特性参数定义

自振特性参数是指结构在无外力作用时，由于其自身质量和刚度分布特性而产生的自然振动频率、振型和阻尼比等参数。

自振特性参数意义

自振特性参数是评估结构动力性能的重要指标，对于了解结构的固有振动特性、避免共振现象以及进行结构优化设计具有重要意义。

理论分析方法

基于结构动力学理论，通过建立结构的力学模型，运用数值计算方法求解结构的自振特性参数。

实验测试方法

通过在实际结构上布置传感器，采集结构在自然激励下的振动响应数据，运用信号处理技术识别结构的自振特性参数。

有限元仿真方法

利用有限元软件建立结构的精细化模型，通过模态分析求解结构的自振特性参数，并可进行参数化研究和优化设计。

异形拱桥结构复杂，建模难度大

异形拱桥具有独特的造型和复杂的结构形式，使得在建立其力学模型时需要考虑更多的因素和细节，增加了建模的难度和复杂性。

异形拱桥自振特性受多种因素影响

异形拱桥的自振特性不仅受到结构自身因素的影响，还受到环境因素、材料特性、施工工艺等多种因素的影响，使得其自振特性更加复杂和难以预测。

实验测试和数据采集难度大

由于异形拱桥结构的特殊性和复杂性，使得在实际结构上进行实验测试和数据采集时面临诸多困难，如传感器布置、数据采集与处理等。

04

数值模拟与实验验证

采用有限元软件建立异形拱桥的精细化模型，模拟桥梁在静力和动力荷载作用下的响应。

有限元法

针对桥梁结构的非连续性和大变形问题，采用离散元法进行模拟分析。

离散元法

利用边界元法处理无限域和半无限域问题，模拟桥梁在地震波等动力荷载作用下的响应。

边界元法

静力加载实验

动力特性实验

破坏性实验

通过静力加载实验，测量异形拱桥在不同荷载工况下的变形、应力和裂缝开展情况。

采用激振器对桥梁进行激振，通过传感器测量桥梁的加速度、速度和位移响应，获取桥梁的自振频率、阻尼比等动力特性参数。

对异形拱桥进行破坏性实验，观察桥梁的破坏模式和极限承载能力。

05

异形拱桥稳定性优化措施

选择适当的拱形和矢跨比

通过对比不同拱形和