[發(fā)明專利]一種雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210095019.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114580148A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 張文明;王詩涵;陸小凡;劉釗;王景全
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/13;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開了一種雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法，包括以下步驟：首先通過對加勁梁進行受力分析，列出加勁梁發(fā)生側向振動狀態(tài)下的受力平衡微分方程；然后依次分析上下吊桿側向分力與上下主纜微端的側向變形(位移)的關系，列出關于上下吊點的力矩平衡方程；最后利用加勁梁、主纜的邊界條件確保平衡方程有解求得懸索橋側彎振動的頻率及振型。本發(fā)明通過在橋梁設計初期階段快速地定性判斷不同結構參數(shù)對懸索橋動力特性的影響，方便應用于不同懸索橋，物理意義明確，具有較強地通用性和實用性，可用于橋梁初步設計階段指導確定結構參數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及橋梁設計計算領域，特別是一種雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法。

背景技術

懸索橋因其具有較好的跨越能力,長期以來都是大跨徑橋梁設計的首選橋型結構形式。但隨著當跨徑需求過長時，傳統(tǒng)的雙塔懸索橋已不能滿足超長跨徑，因此需要建設連續(xù)體系的多塔懸索橋。與傳統(tǒng)的兩塔懸索橋相比,多塔多跨懸索橋的中塔缺乏邊跨主纜的約束作用，結構的整體剛度較小，橋面存在極端偏載的交通可能，導致全橋結構剛度和主纜抗滑安全性難以兼顧，成為阻礙多塔懸索橋應用和發(fā)展的關鍵問題。因此多采用雙主纜對中塔予以約束。由于具有上下主纜與中塔，雙纜多塔懸索橋的動力性能與單纜雙塔懸索橋明顯不同。同時，在大跨懸索橋的結構設計中,其抗風能力是主要控制因素,而橋梁自身的動力特性是抗風、抗震以及車橋振動設計分析的基礎，所以研究雙纜多塔懸索橋的動力性能是目前亟待解決的問題。

進一步，自振頻率的確定是研究其動力特性的基本條件,其振動有非線性特征,而且還存在明顯的面內和面外的振動,振動過程復雜。初期，學者們主要關注懸索橋的面內振動，對豎彎與扭轉自振頻率進行分析。近年來，隨著懸索橋跨徑的不斷增大，結構更趨于輕柔，橫向彎曲變形的影響增大，工程上亦對側彎振動予以重視,特別是抗風、抗震以及車橋振動等問題上。研究懸索橋側彎自振的方法主要有有限元法和解析法。目前常利用有限元法求得懸索橋側彎自振特性，但是有限元模型的建立過程是復雜的，計算不同橋梁需要單獨建立模型。并且，有限元分析主要依靠矩陣運算，計算過程中用戶難以把握顯式的解析表達，物理意義不明確，不利于工程師在初步設計階段確定懸索橋結構參數(shù)范圍。

為了快速、定性地確定雙纜懸索橋側彎自振振型及頻率，需要發(fā)明一種計算方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法，該雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法能快速、定性地計算懸索橋側彎自振頻率和振型，使用方便，結果精確可靠。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法，其中，雙纜懸索橋包括兩根主纜和至少兩個中塔；相連兩個中塔的塔底通過加勁梁相連接；兩根主纜左右平行架設在所有中塔的塔頂；每根主纜均包括上主纜和下主纜，上主纜和下主纜的兩端均架設在相鄰兩個中塔的塔頂，且下主纜位于上主纜的下方；上主纜和下主纜之間通過若干根平行設置的上吊桿相連接，下主纜和加勁梁之間通過若干根平行設置的下吊桿相連接。

雙纜懸索橋側彎自振頻率和振型的確定方法，包括如下步驟。

步驟1、建立坐標系：以位于某一中塔正中間的加勁梁為原點，過原點的縱橋向為x軸，過原點的豎直方向為y軸，過原點的橫橋向為z軸，從而形成三維坐標系。

步驟2、建立加勁梁振幅曲線W_b(x)的通解表達式：利用側彎振動微分方程，通過變量分離的方法，建立如下所示的加勁梁振幅曲線W_b(x)的通解表達式：

其中：