断索作用下无轴力铰部分地锚式斜拉桥结构动力响应

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无轴力铰部分地锚式斜拉桥是一种新型大跨径斜拉桥的结构形式,由于无轴力铰及边跨地锚结构的加入,使得该结构的受力性能及整体刚度较常规自锚式斜拉桥有所区别,这对拉索断裂后结构响应的影响是不容小觑的。本文以某无轴力铰部分地锚式斜拉桥为背景,由有限元分析得到结构动力特性,为后续断索动力分析计算做准备;以成桥索力最大的南边跨SB24拉索为对象,假设该拉索突然断裂,基于ANSYS瞬态动力分析方法分析拉索、主梁及索塔等主要构件响应及其对结构动力特性、整体刚度的影响,并对比静力分析方法的结果;然后分别采用需求能力比及规范方法评价断索后结构剩余承载能力,并将二者结果对比分析,确定采用规范中成桥静力计算的相关限值来评价断索这一瞬时冲击作用过程的可行性;最后分析了不同断索参数对结构响应的影响。主要内容及结论如下:(1)分别建立了Midas和ANSYS全桥模型,通过成桥静力分析和采用Lanczos方法对结构进行模态分析,得到全桥索力数值及前15阶振动模态的频率和振型特征。(2)以成桥索力最大拉索南边跨SB24拉索断裂为例,通过ANSYS瞬态动力分析方法分析了拉索、主梁及索塔等主要构件响应及其对结构动力特性、整体刚度影响程度,然后对比了动、静力分析方法得到响应结果的差别,再基于需求能力比(DCR)及规范方法开展了断索后各构件的安全性评价。研究表明,拉索断裂后相邻拉索响应最大,远处拉索随距离的增加而响应程度不断衰减;断索对应主梁及索塔锚固截面应力响应最为明显;个别拉索断裂对结构动力特性影响极小,可不做分析;主梁整体呈下挠趋势,中跨主梁竖向位移变化显著,并在跨中附近取得最值;边跨断索使得索塔有向跨中倾倒的趋势。研究建议,断索分析整体可采用拟动力分析方法近似计算,但针对局部截面需利用动力分析方法进行补充验证;可采用规范中的成桥静力计算相关限值来评价断索后结构的安全性。(3)通过设置不同断索工况研究了不同断索位置及断索数量对结构响应的影响。研究认为,长索断裂对结构响应影响更大;随着同时断裂拉索数量的增加,对结构响应影响将增大,而非简单的单一拉索分别断裂后响应值的叠加。本文建议的断索响应分析方法及得出的不利断索工况,可为今后此类斜拉桥的拉索设计和断索验算时提供相应的依据,并在运营期间重点关注这些位置索力变化。
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