【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于桥梁工程设计，更具体地，涉及一种大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法。
技术介绍
1、高速公路及铁路建设跨越高原峡谷时,往往选择大跨度拱桥，因为拱桥与峡谷地形的贴合比较优美，且工程造价占优势，后期维护简便，是桥梁跨越峡谷时比较理想的方案。但受地形条件的限制，大跨度拱桥往往对扣索采用斜拉扣挂法进行主拱的施工，因为实际施工时需要安装的吊装扣索数量较多，且高原峡谷地势风量较大，故在施工过程中存在拱肋风致振动激发扣索参数振动的可能性，严重影响施工过程的结构安全。
2、目前，针对在建过程中悬拼拱肋风致振动激发扣索参数振动的研究尚无相关研究先例。现有技术针对斜拉扣挂法施工的大跨度拱桥设计，临时扣索的诸多参数选择均根据施工阶段扣索所需张拉力大小，未考虑拱肋悬臂状态下扣索可能产生参数振动给结构带来的危害，现有技术的方法对于施工阶段的桥梁设计偏不安全。
3、因此，建立大跨度拱桥的悬拼拱肋扣索风致振动激发参数振动理论分析方法意义重大，施工前根据模拟振动情况来提前调整扣索的参数，从而避免施工过程中发生不必要的振动，提高桥梁施工的安全性。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、基于上述
技术介绍
提及的缺陷，本专利技术公开了一种大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析及控制方法，该方法能在施工前用于指导工程设计与施工，避免拱肋斜拉扣挂法悬拼施工过程中的扣索产生参数振动，减少施工风险。
3、(二)技术方案
4、本专利技
5、步骤1：建立对应悬臂状态下大跨度拱桥斜拉扣挂法施工阶段的有限元模型，获得扣索的选型和各施工阶段静载作用下索力大小t，并将实测风场环境导入有限元模型中计算分析，以获得各索拱结合点动态位移s，其中下标n表示第n根扣索；dn为位移幅值；ψn为扣索位移简谐运动的频率；
6、步骤2：将索拱结合点位移分解为扣索轴向和切向两个方向的动位移，轴向动位移为切向动位移为其中βn为第n根扣索的锚点动位移方向与扣索轴向的夹角；
7、步骤3：根据胡克定理，计算出扣索的轴向激励荷载其中e为扣索弹性模量，an为第n根的扣索截面积，l表示沿x轴方向上扣索的跨度；
8、步骤4：建立风致振动与扣索参数振动耦合理论模型，取扣索微元体进行振动分析，根据牛顿第二定律建立扣索在xy平面内的振动微分方程如式(1)所示；
9、
10、其中，y(x)为扣索在自重作用下静力构形函数，v(x)为扣索的横向动位移函数，t为扣索的切向静拉力，τ为扣索的切向动拉力，m为扣索的单位长度质量，g为重力加速度，α为扣索的水平倾角，cy为扣索y向的单位长度粘性阻尼系数，s表示扣索的弧长坐标；设h为扣索的初始轴向拉力，h为扣索的轴向动拉力；
11、利用伽辽金法得到扣索的一阶模态振动微分方程为：
12、
13、式中，为扣索考虑垂度的自振频率；
14、此外，为扣索不考虑垂度的自振频率；
15、步骤5：根据所述一阶模态振动微分方程求得ψn，通过的值判定第n根扣索是否发生参数振动，若是，则调整第n根扣索的截面积，若否，则执行下一步骤6；
16、步骤6：重复以上步骤2～5，直到判断第1～n根的各个扣索均不在该实测风场环境下发生参数振动后，再输出所有扣索的截面积及张拉力作为设计值。
17、进一步的，步骤5中具体包括：
18、若所有扣索的参数激励频率与扣索的固有频率比均满足时，则各扣索不会产生参数振动，第n根扣索的截面积an及其张拉力t则作为最终的设计值；
19、若其中有扣索参数激励频率与扣索的固有频率比则调整该扣索的截面积以进一步调整其自振频率，扣索的截面积调整方法如下：
20、a′n为调整后的扣索截面积，ω1为扣索考虑垂度的自振频率，在不考虑垂度的情况下与单位重量成反比，单位质量m与截面积a成正比例关系，因为扣索垂度小考虑垂度的此时能够采用调整面积的方式调整自振频率，调整系数为临界自振频率与初始自振频率的比值的平方。
21、进一步的，步骤1中具体包括：采用现场实测的方法获取桥址脉动的风场环境，扣索的截面积an和各施工阶段静载作用下索力大小t均由现有技术采用的方法提前计算获得。
22、进一步的，步骤4中还包括：
23、考虑扣索的静力平衡方程：
24、
25、设h为扣索的初始轴向拉力，h为扣索的轴向动拉力，则
26、
27、将(2)和(3)式代入(1)中得
28、
29、当垂度很小时式(4)能简化为
30、
31、扣索静态平衡时微段长为ds0，动态平衡时为ds，则
32、
33、
34、由τ＝eaε，得扣索的轴向动拉力h为
35、
36、进一步的，步骤4中还包括：
37、力学模型直角坐标系建立在扣索的轴向和垂直于轴向，故扣索的静力构形取为：
38、
39、由于实际桥梁中扣索的垂度很小，可以近似设扣索的振动模态为标准弦的振动模态，考虑扣索的边界条件，设方程第二式的解为：
40、
41、进一步的，步骤4中还包括：对于第n根扣索位移简谐运动的频率ψn，即扣索的固有频率，当频率比满足时，扣索会发生较为明显的振动。
42、(三)有益效果
43、本专利技术通过建立风致振动与扣索参数振动耦合理论模型，提出了一种大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析及控制方法，从而针对每个可能发生振动的扣索进行模拟计算，使得施工前根据模拟振动情况来提前调整扣索的对应参数，避免施工过程中发生不必要的振动，从而提高桥梁施工的安全性。该方法填补了行业的空白，可为大跨度拱桥斜拉扣挂法施工阶段扣索参数振动提供理论支撑。
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1.一种大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤5中具体包括：
3.根据权利要求2所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤1中具体包括：采用现场实测的方法获取桥址脉动的风场环境，扣索的截面积An和各施工阶段静载作用下索力大小T均由现有技术采用的方法提前计算获得。
4.根据权利要求2所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤4中还包括：
5.根据权利要求4所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤4中还包括：
6.根据权利要求5所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤4中还包括：对于第n根扣索位移简谐运动的频率ψn，即扣索的固有频率，当频率比满足时，扣索会发生较为明显的振动。
【技术特征摘要】
1.一种大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤5中具体包括：
3.根据权利要求2所述的大跨度拱桥扣索风致振动激发参数振动理论分析方法，其特征在于，步骤1中具体包括：采用现场实测的方法获取桥址脉动的风场环境，扣索的截面积an和各施工阶段静载作用下索力大小t均由现有技术采用的方法提前计算获得。...
【专利技术属性】
技术研发人员：周帅，李璋，高宗余，陈政清，
申请(专利权)人：中国建筑第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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