基于模态分析的曲线箱梁桥结构动力特性与特征参量的相关性研究

A new method about correlation of dynamic cproperties and characteristic parameters of curved box girder bridges based on modal analysis is proposed, which majors in concept design, construction design, and aided seismic design of curved box girder bridges. Study is made on relationships between vibration vectors and structural relative rigidity, and local stability of curved box girder bridges; "bad vibration modal (VM)" (e.g. local VM, non-load-directional VM, torsion VM and composite VM etc) is defined and studied on relationships with structural scheme design and construction defects. Sensitivity analysis is made about structure layout, member style and dimension, material style and grade to characteristic parameters. Analysis is proceeded about concept design, construction design, aided seismic design about curved box girder bridges based on modal analysis. In the end, combination ratio between natural vibration frequency and environment frequency of curved box girder bridges is reduced mostly, VM ranks are suppressed or delayed mostly; Safety, functionality, economical efficiency, and comfort of curved box girder bridges are improved more.

提出基于模态分析的曲线箱梁桥结构动力特性与特征参量间相关性的研究，主要用于曲线箱梁桥结构概念设计、构造设计和抗震设计的辅助设计。具体进行曲线箱梁桥结构振型向量与结构相对刚度、局部稳定性间关系的研究；进行关于曲线箱梁桥结构“不良振型”（如局部振型、非荷载方向振型、扭转振型和复合振型等）的定义以及与结构的设计方案、施工方案缺陷间关系的研究；进行曲线箱梁桥结构布局、构件类型与尺寸和材料类型与等级等相对于结构特征参量的灵敏度分析；进而进行基于模态分析的曲线箱梁桥结构概念设计、构造设计和抗震设计的辅助设计方法的研究。以最大程度地降低曲线箱梁桥结构自振频率与环境频率的遇合几率，最大程度地消减或延滞不利振型出现的阶次，进一步提高曲线箱梁桥结构的安全性、功能性、经济性和人的舒适性。

研究背景：.提出基于模态分析的曲线箱梁桥结构动力特性与特征参量间相关性的研究，主要用于曲线 箱梁桥结构概念设计、构造设计和抗震设计的辅助设计。以最大程度地降低曲线箱梁桥结构自振频率与环境频率的遇合几率，最大程度地消减或延滞不良振型出现的阶次，进一步提高曲线箱梁桥结构的安全性、功能性、经济性和人的舒适性。.研究内容： .（1）曲线箱梁桥结构振型向量与结构相对刚度、局部稳定性间关系的研究。 .（2）针对曲线箱梁结构的“不良振型”与设计缺陷间关系的研究。 .（3）不同结构布局、构件类型与尺寸、材料类型和等级等相对于曲线箱梁桥结构自振频率、振型形式和振型顺序的动力灵敏度和灵敏性梯度分析。 .（4）基于自振特性控制的曲线箱梁桥结构概念设计、构造设计方法的研究。 .重要结果：.（1）按能量比重将曲线箱梁桥的振型分解为竖向弯曲、扭转、横向弯曲和纵向移动四个振型方向因子。分别分析了模态特性及各振型方向因子随圆心角、曲率半径以及跨度比的变化规律。.（2）对独柱墩曲线箱梁桥在汽车荷载作用下的抗倾覆稳定性进行分析，就支反力和抗倾覆安全系数分析曲率半径和支座偏心对曲线箱梁桥整体抗倾覆性能的影响。还提出了不同曲率半径下合理支座偏心的相关建议，为类似工程设计提供参考。.（3）以高墩曲线连续刚构桥为研究对象，对四种不同主墩类型的刚构曲线桥在施工阶段的内力和稳定性进行计算分析。得出主墩类型、主墩墩高、主墩长细比与结构稳定性的规律。.关键数据及其科学意义：.（1）通过多项式函数拟合法来确定不考虑支承偏心距的两种曲线箱梁桥弯矩内力表达方法，解决了现有方法考虑支承偏心距影响，使得设计过于复杂的问题。.（2）公开了一种曲线箱梁桥抗倾覆安全系数表达方法，该方法方便快捷，解决了现有方法计算繁冗、过于复杂的问题。