摘 要斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，因它轻、柔和低阻尼等特点，在风、 地震、车辆等荷载作用下，各种振动问题很容易发生。随着斜拉桥跨度不断 增大，各种因素引起的拉索振动而导致交通中断的事故频频发生。从己有的 分析结果来看，现有的风致振动分析主要集中在桥梁的主梁上，而对裹冰斜 拉索所受到的脉动风荷载及其响应研究的很少。另外，随着斜拉索的加粗、 增长，索上的风荷载愈来愈不容忽视。在寒冷、空气湿度较大的地区，当气温急剧下降或者骤降雨雪时，斜拉 索表面会出现裹冰现象。裹冰增加了索的自重，尤其增加了索的挠度和变 形，非线性程度也加强了。另外由于裹冰又增加了斜拉索的迎风面积，相应 增加了风荷载，这就引起裹冰斜拉索更强烈的横向振动。因此，作用在裹冰 斜拉索上的风荷载更加应该受到重视。本文建立了一种用于分析裹冰斜拉索风致振动响应的随机风场模拟方 法，研究了裹冰斜拉索风致抖振响应的非线性时程分析理论。抖振力由计算 机模拟为多个互相关随机过程。所考虑的非线性因素包括斜拉索的几何非线 性和应力刚化效应。本文建立的方法不仅可以克服反应谱法分析结构振动的 缺陷，而且能够深入的研究裹冰斜拉索的抖振响应特性。通过对裹冰斜拉索 和无冰斜拉索的比较，详细分析了斜拉索裹冰之后对斜拉索风致振动响应的 影响。另外，本文还进行了裹冰斜拉索的参数振动有限元分析，研究了主梁 振动对裹冰斜拉索的影响。关键词裹冰斜拉索;非线性;抖振;参数振动;哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Ab s t r a c tT h e c a b l e i s t h e i m p o r t a n t c o m p o n e n t o f c a b l e - s t a y e d b r i d g e s . B e c a u s e i t p o s s e s s e s s o m e c h a r a c t e r i s t i c s , i n c l u d i n g l i g h t , fl e x i l i t y , l o w d a m p , a n d s o o n , d i ff e r e n t v i b r a t i o n s o ft e n o c c u r e a s i l y u n d e r t h e e ff e c t o f t h e w i n d l o a d , e a r t h q u a k e l o a d a n d v e h i c l e l o a d . A l o n g w i t h t h e i n c r e as i n g s p a n o f b r i d g e s , s o m e k i n d s o f r e a s o n a r o u s e t h e v i b r a t i o n o f t h e c a b l e , a n d a c c i d e n t s f r e q u e n t l y t a k e p l a c e . B a s e d o n t h e e x i s t e n t s t u d y , t h e e x i s t i n g w i n d - i n d u c e d v i b r a t i o n a n a l y s i s f a s t e n s o n t h e a n a l y s i s o f t h e g i r d e r e s , b u t i t i s l a c k o f s t u d y o n t u r b u l e n t w i n d a c t i n g o n c a b l e s a n d r e s p o n s e . I n a d d i t i o n , t h e t h i c k n e s s o f c a b l e s b e c o m e m o r e a n d m o r e b i g g e r , a n d t h e l e n g t h o f c a b l e s b e c o m e l o n g e r , t h u s t h e w i n d l o a d a c t i n g o n c a b l e s c a n t b e i g n o r e d .Wh e n a i r t e m p e r a t u r e s h a r p l y f a l l s a t s t r o n g h u m i d i ty a r e a , t h e s u r f a c e o f c a b l e s w i l l b e i c i n g . I t r e s u l t s i n t h e i n c r e as i n g w e i g h t d e fl e c t i o n a n d d e f o r m a t i o n o f c a b l e s , s o t h e n o n - l i n e a r l e v e l w i l l b e s t r e n g t h e n e d . A t t h e s a m e t i m e , b e c a u s e t h e w e a t h e r a c r e a g e o f c a b l e s a r e a u g m e n t e d , a c c o r d i n g l y t h e w i n d l o a d w i l l b e i n c r e as e d . C o n s e q u e n t l y i t a r o u s e s t h e s t r o n g e r t r a n s v e r s e v i b r a t i o n . S o w e s h o u l d p a y m o r e a tt e n t i o n t o t h e w i n d l o a d a c t i n g o n c a b l e s .I n t h i s p a p e r , a n e ff i c i e n t w i n d fi e l d s i m u l a t i o n m e t h o d f o r w i n - i n d u c e d v i b r a t i o n a n a l y s i s o f c a b l e s i s s t u d i e d . A n d a r e l i a b l e n o n - l i n e a r a n a l y s i s t h e o ry f o r b u ff e t i n g o f i c e d c a b l e s i n t h e t i m e d o m a i n . I n t h e p r e s e n t a n a l y s i s , t h e b u ff e t i n g f o r c e s a r e s i m u l a t e d as m u l t i - c o r r e l a t e d r a n d o m p r o c e s s e s . N o n - l i n e a r f a c t o r s c o n s i d e r e d i n c l u d e g e o me t r i c n o n l i n e a r i ty a n d s t r e s s - s t i ff e n . T h e p r o p o s e d m e t h o d n o t o n l y o v e r c o m e s t h e l i m i t a t i o n o f t h e res p o n s e s p e c t r u m m e t h o d , b u t a l s o p r o v i d e s a n a n a l y t i c a l t o o l f o r i n v e s t 场 a Wg 山 。 c h a r a c t e r i s t i c s o f c a b l e b u ff e t i n g r e s p o n s e s . B y c o m p a r i n g r e s u l t s o f i c e d c a b l e s a n d n o - i c e d c a b l e s , t h e e ff e c t s o f i c e d c a b l e o n w i n d - i n d u c e d b u ff e t i n g a r e a n a l y z e d . I n a d d i t i o n , i n t h i s p a p e r , t h e b e h a v i o r o f t h e p a r a m e t e r v i b r a t i o n o f o n e c a b l e - s t a y i s s t u d i e d u s i n g F E M. T h e i n fl u e n c e o f t h e g i r d e r v i b r a t io n t o t h e v i b r a t i o n o f i c e d c a b l e i s a l s o a n a l y z e d .K e y w o r d s i c e d c a b l e ; n o n l i n e a r i ty ; b u ff e t i n g ; p a r a m e te r v i b r a t i o nn-第 1 章 绪论第1 章 绪论1 . 1大跨度斜拉桥的发展概况斜拉桥是一种古老而新兴的桥型，早在十七世纪到十九世纪间出现过一 些人行斜拉桥。但是由于缺乏高强度的拉索，复杂的超静定计算理论尚未成 熟，导致这些斜拉桥建成后不久都因为体系松弛，造成很大的变形而破坏， 由于十九世纪二十年代前后修建的几座斜拉桥的坍塌事故，使斜拉桥的发展 在相当长一段时期处于被人遗忘的状态。随着高强材料的使用、结构分析方法和施工方法的进步，斜拉桥得到了 快速的发展。二次世界大战以后，斜拉桥的复兴是桥梁工程发展史上最伟大 的成就之一。结构分析有了新的突破、借助计算机分析密索体系的超静定结 构，使得斜拉桥首先在德国得到发展。由于斜拉桥是一种自锚体系，可以建 在软土地基上，且造型雄伟美观，变化多姿，因而在世界各国得到了普遍推 广和应用。世界上第一座现代意义上的斜拉桥建于 1 9 5 6年瑞典的新斯特雷姆伍特 桥 ( S t r 6 ms u n d ) ,跨径为 7 4 . 2 m + 1 8 2 .O m 十 7 4 . 2 m。接着，在德国的杜塞尔道 夫建成了主跨 2 6 0 m 的杜塞尔道夫北莱茵河桥 ( T h e o d e r H e u s s ) ，它们都采 用稀索和钢主梁结构，这是早期现代斜拉桥的共同特点。目前，斜拉桥已成 为2 0 0 8 0 0 米跨度范围内具有竟争力的大跨度桥梁结构形式。其中，2 0 0 - 4 0 0米采用钢筋混凝土加劲梁较为经济，4 0 0 6 0 0米可考虑采用结合梁桥 面，6 0 0 -8 0 0米则为钢箱梁或混合桥面的适用范围。法国跨度 8 6 5米的 N o r m a n d y桥己 于 1 9 9