转体梁施工中的不平衡问题及风致振动研究
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摘要
转体施工作为一种新发展起来的桥梁施工方法,由于对交通的影响很小、变高空作业为地面作业、施工快速、技术和经济效益高,在交通流量大的地区和跨线桥的施工中有很大的应用优势和应用前景。因此有必要对转体施工进行系统研究,为以后的设计提供参考。
本文介绍了转体施工的应用与发展状况,主要研究了平转法转体施工时不平衡力测试的方法,包括球铰转动法、挠度法和应变法。利用球铰转动法对张石高速桥和张家湾桥转体施工的不平衡力进行了测试,并对这三种方法的优缺点进行了总结。
在转体过程中,转体梁处于大悬臂动平衡状态,整个体系的平衡主要由球铰控制。此时,在风荷载作用下,特别是在阵风频带与转体段的自振频率接近时,转体梁的风致振动就成为值得研究的问题。本文首次采用随机振动的方法,对转体梁的风致振动进行了研究。本文利用ANSYS中的PSD模块对张家湾大桥在频域内进行了分析,并且与实际测试的数据结果进行了比较。从计算结果看出:功率谱分析的计算结果与实际测试的结果基本一致,虽然最大误差达到了40%,但是计算结果可以满足工程应用要求。本文的分析结果可以为转体梁的风致振动提供参考。
As a new method of bridge construction, rotary erection method has lots of advantages and embraces a bright future in applications. It has little influence on the traffic, moves the construction site from high altitude to the sub aerial and enjoys a high technical and economical benefit with its high construction speed. So it is necessary to study the method systematically and the results can be referred to in later design.
This article briefly introduces the application of rotary erection method and how it develops. The article mainly studies the testing method of unbalanced force in constructions adopting horizontal rotary method, introduces the spheric hinge rotary movement method and also proposes the deflection method and strain method to estimate the unbalanced force. Some tests are carried out on the Zhang Shi highway Bridge and the Zhang Jia Wan Bridge using the spheric hinge rotary movement method. Based on the analyzing results, the article presents how to make a comparison among those three methods.
The rotating beam is in move balance state when is rotated and whole balance of system is controlled by the spheric hinge. In the effect of wind load especially the frequency of flurry is closed to the bridge's, the wind vibration of the rotating beam is necessary to analyze. In this paper, it will use the method of stochastic vibration to analyze the wind vibration of the rotating beam. Using the PSD module of ANSYS analyzes the Zhang Jia Wan Bridge in frequency domain. At last, it compares the result to the test data. Following conclusions are obtained from the result: The result of powder spectrum analysis is consistent with the test result. The finial conclusion is available to project although two results are discrepant about 40% and can offer a method to the rotating beam about wind vibration.
There are 48 figure, 18 tables, and 66 references literature
本文介绍了转体施工的应用与发展状况,主要研究了平转法转体施工时不平衡力测试的方法,包括球铰转动法、挠度法和应变法。利用球铰转动法对张石高速桥和张家湾桥转体施工的不平衡力进行了测试,并对这三种方法的优缺点进行了总结。
在转体过程中,转体梁处于大悬臂动平衡状态,整个体系的平衡主要由球铰控制。此时,在风荷载作用下,特别是在阵风频带与转体段的自振频率接近时,转体梁的风致振动就成为值得研究的问题。本文首次采用随机振动的方法,对转体梁的风致振动进行了研究。本文利用ANSYS中的PSD模块对张家湾大桥在频域内进行了分析,并且与实际测试的数据结果进行了比较。从计算结果看出:功率谱分析的计算结果与实际测试的结果基本一致,虽然最大误差达到了40%,但是计算结果可以满足工程应用要求。本文的分析结果可以为转体梁的风致振动提供参考。
As a new method of bridge construction, rotary erection method has lots of advantages and embraces a bright future in applications. It has little influence on the traffic, moves the construction site from high altitude to the sub aerial and enjoys a high technical and economical benefit with its high construction speed. So it is necessary to study the method systematically and the results can be referred to in later design.
This article briefly introduces the application of rotary erection method and how it develops. The article mainly studies the testing method of unbalanced force in constructions adopting horizontal rotary method, introduces the spheric hinge rotary movement method and also proposes the deflection method and strain method to estimate the unbalanced force. Some tests are carried out on the Zhang Shi highway Bridge and the Zhang Jia Wan Bridge using the spheric hinge rotary movement method. Based on the analyzing results, the article presents how to make a comparison among those three methods.
The rotating beam is in move balance state when is rotated and whole balance of system is controlled by the spheric hinge. In the effect of wind load especially the frequency of flurry is closed to the bridge's, the wind vibration of the rotating beam is necessary to analyze. In this paper, it will use the method of stochastic vibration to analyze the wind vibration of the rotating beam. Using the PSD module of ANSYS analyzes the Zhang Jia Wan Bridge in frequency domain. At last, it compares the result to the test data. Following conclusions are obtained from the result: The result of powder spectrum analysis is consistent with the test result. The finial conclusion is available to project although two results are discrepant about 40% and can offer a method to the rotating beam about wind vibration.
There are 48 figure, 18 tables, and 66 references literature
引文
[1]张联燕等.桥梁转体施工.人民交通出版社.2002.3
[2]魏峰,陈强,马林.北京市五环路斜拉桥转动体不平衡重称重试验分析.铁道建筑.2005.8
[3]梁锦华.转体桥转体结构平衡配重设计.广东水利水电增刊.2004.12
[4]陈政清.桥梁风工程.人民交通出版社.2005.5
[5]徐鹤山.hnsys在建筑工程中的应用.机械工业出版社.2005.7
[6]刘相新,孟宪颐.ANSYS基础与应用教程.科学出版社.2006.3
[7]尚晓江,邱峰等.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用.中国水利水电出版社.2006.1
[8]曾宪武,韩大建.大跨桥梁风致抖振时域分析及在ANSYS中的实现.桥梁建设.2004.1
[9]公路桥梁抗风设计指南.人民交通出版社.1996
[10]谭成冬.拱型波纹钢屋盖结构的动力特性及动力响应研究.清华大学硕士学位论文.2004
[11]马晓爽.巨型垂直轴风力发电机组结构的风振响应.北京交通大学硕士论文.2007
[12]赵敏.斜拉桥抗风稳定性分析.北京交通大学硕士论文.2003
[14]欧进萍,王光远.结构随机振动.北京.高等教育出版社.1995
[15]张解放.T形刚构桥转体施工技术.石家庄铁道学院学报.2006.12
[16]王肇民.高耸结构振动控制.上海.同济大学出版社.1997
[17]朱未秋.随机振动.北京.科学出版社.1992
[18]司敏,范小春,刘欢.跳鱼坎大桥转体施工监测监控.国外建材科技.2005.2
[19]庄卫林,黄道全,谢邦珠,张联燕.丫髻沙大桥转体工艺设计特点.中国公路学会2000学术交流论文集.2000
[20]符龙彪.大跨度空间结构风振分析应用研究.中国建筑科学研究院硕士学位论文.2004
[21]杨振仲.大跨越输电塔动力特性及风振响应分析.长沙理工大学硕士学位论文.2006
[22]陈峥.核筒悬挂结构随机振动分析.北京建筑工程学院硕士学位论文.2004
[23]张建超.基于ANSYS的造桥机静力与风振分析.石家庄铁道学院硕士学位论文.2007
[24]李俊,李小珍等.宜宾长江大桥斜拉桥的抗风性能分析.世界桥梁.2006.1
[25]张相庭.结构风压与风振计算.上海.同济大学出版社.1990
[26]张相庭.工程结构风荷载理论和抗风计算手册.上海.同济大学出版社.1990
[27]张相庭.结构风工程.北京.中国建筑工业工业出版社.2006
[28]罗德.铁道建筑技术.吊钟岩特大桥有平衡重转体施工技术改进措施.2005.1
[29]张志田,葛耀君.考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析.工程力学.2006.8
[30]丁成辉,周向群,赵锡钱.大跨度结构风振计算.工程力学增刊.1999
[31]张相庭.高层建筑抗风抗震设计计算.上海.同济大学出版社.1997
[32]J.Zhangl and T.E.El-Diraby2 Constructability Analysis of the Bridge Superstructure Rotation Construction Method in China JOURNAL OF CONSTRUCTION ENGINEERING AND MANAGEMENT ASCE/APRIL 2006
[33]苏荣华,王婷,裴忠强.ANSYS对钢筋混凝土梁的结构动力分析.山西建筑.2005.12
[34]王修琼,崔剑峰.Davenport谱中系数K的计算公式及其工程应用.同济大学学报.2002.7
[35]陈兆国.时间序列及其谱分析.北京、科学出版社.1988
[36]雪飞胜.风荷载作用下高层建筑结构的随机振动分析.延安大学学报.2000.9
[37]田海姣.巨型垂直轴风力发电机组结构静动特性研究.北京交通大学硕士论文.2006
[38]薛松涛,钱宇音.风速谱的分析研究及风致响应的计算分析.工程力学增刊.2001
[39]李冬霞,李晓宾.基于ANSYS计算高层建筑顺风向动力响应.山西建筑.2006.1
[40]崔娟玲,郭昭胜.利用Ansys Solid65单元分析钢筋混凝土结构.山西建筑.2006.1
[41]祝贺.输电塔结构风力功率谱随机振动分析.吉林电力.2007.4
[42]Simiu E,Scanlan RH.Wind Effects On Structure.New York:Wiley,1996
[43]Simiu E.Equivalent static wind loads for tall building design.Journal of Structure division.ASCE.1976
[44]ScanlanRltand Tomko J J,Airfoil and Bridges deck flutter derivatives,J of Eng Mech Div 1971
[45]Shinozuka M.Identification of linear structure dynamic system,J Eng Mech Div.1882
[46]Davenport A G.The Application of Statistical Concept to the Wind Loading of structures.Proc Inst of Civil Engineering 1961 19
[47]Davenport A G.The Relationship of Wind Structure to Wind Loading.In Pro of the Symposium on Wind Effect on Building and Structures.vol.1.London
[48]齐辉,黄本才,张昕等.体育场大悬挑屋盖的振动特性及风振应用.郑州大学学报.2004.3
[49]刘士华,赵德胜,谭天水等.ANSYS在钢架结构随机振动分析中的应用.机械.2004.4
[50]成伟,何铁宁.随机振动响应计算在ANSYS中的一种实现方法.西南交通大学学报.2002.10
[51]董伟智,张熙颖.基于ANSYS的大跨屋盖结构风振响应分析.吉林建筑过程学院学报.2006.9
[52]王元清,张勇,谭成冬.拱型波纹钢屋盖结构风振响应的频域分析.北京交通大学学报.2006.8
[53]冯延,金江.高耸钢塔结构的脉动风荷载模拟及结构风振响应分析.南通大学学报.2007.3
[54]唐卫华.某型导弹发射装置的多状态动力学研究.西北工业大学硕士学位论文.2007.4
[55]骆祖文.转体施工桥梁的有限元结构验算及优化.武汉理工大学硕士学位论文.2002
[56]薛军,任文祥.T形刚构大纵坡弯斜箱梁桥水平转体施工技术.桥梁.2005.8
[57]王立中.转体施工的公路T型刚构桥梁转动结构设计.铁道工程学报.2006.12
[58]李杰,张琳琳.脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究.防灾减灾工程学报.2004.12
[59]张锋,易丹丽,李青松.海上施工平台在波浪荷载作用下随机动力响应分析.华东公路.2007.12
[60]季文刚,闫贵平.桥梁抖振反应谱理论研究.工程力学增刊.2002
[61]蔡丹绎,李爱群.顺风向脉动风速功率谱函数的分析研究.江苏建筑.1994.3
[62]孙华安,屈本宁,黄光玉.ANSYS对预应力钢筋混凝土梁结构的有限元分析.山西建筑.2005.1
[63]唐清华,曹言.大跨径桥梁的静风稳定性计算.桥梁建设增刊.2007
[64]郑史雄,廖海黎,周述华.大跨度刚构桥悬臂施工状态的抗风性能研究.西南交通大学学报.2001.2
[65]熊利华,杨云安,刘毓湘.大跨径海港钢引桥抗风动力特性分析.广东公路交通.2006.4
[66]刘志刚,陈艾荣.等长双悬臂梁等效风荷载实用计算方法.同济大学学报.2002.5
[2]魏峰,陈强,马林.北京市五环路斜拉桥转动体不平衡重称重试验分析.铁道建筑.2005.8
[3]梁锦华.转体桥转体结构平衡配重设计.广东水利水电增刊.2004.12
[4]陈政清.桥梁风工程.人民交通出版社.2005.5
[5]徐鹤山.hnsys在建筑工程中的应用.机械工业出版社.2005.7
[6]刘相新,孟宪颐.ANSYS基础与应用教程.科学出版社.2006.3
[7]尚晓江,邱峰等.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用.中国水利水电出版社.2006.1
[8]曾宪武,韩大建.大跨桥梁风致抖振时域分析及在ANSYS中的实现.桥梁建设.2004.1
[9]公路桥梁抗风设计指南.人民交通出版社.1996
[10]谭成冬.拱型波纹钢屋盖结构的动力特性及动力响应研究.清华大学硕士学位论文.2004
[11]马晓爽.巨型垂直轴风力发电机组结构的风振响应.北京交通大学硕士论文.2007
[12]赵敏.斜拉桥抗风稳定性分析.北京交通大学硕士论文.2003
[14]欧进萍,王光远.结构随机振动.北京.高等教育出版社.1995
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[16]王肇民.高耸结构振动控制.上海.同济大学出版社.1997
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[24]李俊,李小珍等.宜宾长江大桥斜拉桥的抗风性能分析.世界桥梁.2006.1
[25]张相庭.结构风压与风振计算.上海.同济大学出版社.1990
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[28]罗德.铁道建筑技术.吊钟岩特大桥有平衡重转体施工技术改进措施.2005.1
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[32]J.Zhangl and T.E.El-Diraby2 Constructability Analysis of the Bridge Superstructure Rotation Construction Method in China JOURNAL OF CONSTRUCTION ENGINEERING AND MANAGEMENT ASCE/APRIL 2006
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[34]王修琼,崔剑峰.Davenport谱中系数K的计算公式及其工程应用.同济大学学报.2002.7
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[39]李冬霞,李晓宾.基于ANSYS计算高层建筑顺风向动力响应.山西建筑.2006.1
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[43]Simiu E.Equivalent static wind loads for tall building design.Journal of Structure division.ASCE.1976
[44]ScanlanRltand Tomko J J,Airfoil and Bridges deck flutter derivatives,J of Eng Mech Div 1971
[45]Shinozuka M.Identification of linear structure dynamic system,J Eng Mech Div.1882
[46]Davenport A G.The Application of Statistical Concept to the Wind Loading of structures.Proc Inst of Civil Engineering 1961 19
[47]Davenport A G.The Relationship of Wind Structure to Wind Loading.In Pro of the Symposium on Wind Effect on Building and Structures.vol.1.London
[48]齐辉,黄本才,张昕等.体育场大悬挑屋盖的振动特性及风振应用.郑州大学学报.2004.3
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[53]冯延,金江.高耸钢塔结构的脉动风荷载模拟及结构风振响应分析.南通大学学报.2007.3
[54]唐卫华.某型导弹发射装置的多状态动力学研究.西北工业大学硕士学位论文.2007.4
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[58]李杰,张琳琳.脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究.防灾减灾工程学报.2004.12
[59]张锋,易丹丽,李青松.海上施工平台在波浪荷载作用下随机动力响应分析.华东公路.2007.12
[60]季文刚,闫贵平.桥梁抖振反应谱理论研究.工程力学增刊.2002
[61]蔡丹绎,李爱群.顺风向脉动风速功率谱函数的分析研究.江苏建筑.1994.3
[62]孙华安,屈本宁,黄光玉.ANSYS对预应力钢筋混凝土梁结构的有限元分析.山西建筑.2005.1
[63]唐清华,曹言.大跨径桥梁的静风稳定性计算.桥梁建设增刊.2007
[64]郑史雄,廖海黎,周述华.大跨度刚构桥悬臂施工状态的抗风性能研究.西南交通大学学报.2001.2
[65]熊利华,杨云安,刘毓湘.大跨径海港钢引桥抗风动力特性分析.广东公路交通.2006.4
[66]刘志刚,陈艾荣.等长双悬臂梁等效风荷载实用计算方法.同济大学学报.2002.5