基于ansys的人行悬索桥抗风索张拉根数分析

摘要：利用ANSYS有限元分析软件，建立人行悬索桥模型，进行非线性及模态计算，分别计算未施加抗风索和施加抗风索后的人行悬索桥的横向振动基频，对比施加不同根数抗风索对人行悬索桥横向振动基频的影响，确定施加抗风索的最佳形式。

关键词：人行悬索桥；基频；抗风索

人行悬索桥由于结构简单、造价较低及施工方便等原因，在山区及旅游景区应用广泛。同时由于城市的快速发展、道路交通的不断密集以及满足城市景观的要求，人行悬索桥在城市天桥建设中逐渐得到重视。人行悬索桥为柔性结构，在行人及风荷载的作用下易产生较大的横向位移及振动，因此需施加抗风索来增加其横向稳定性。本文通过具体的例子来分析施加抗风索时所需的最佳根数。

1 工程背景

某人行桥主跨为175的简支悬索桥。主跨主缆垂跨比为1/10。主缆采用双索面布置，索面横向间距3.4m， 每根主缆由7股符合《重要用途钢丝绳》（GB_8918-2006）标准的钢丝绳组成。主缆采用直径46mm钢芯钢丝绳捆扎而成，钢丝绳弹性模量为1.2×105MPa。

吊杆纵桥向间距为3.0m，吊杆均采用中24mm圆钢。下端通过M24高强双螺母锚固于横梁下端，吊杆上端锚固于索夹上。

加劲梁采用纵横梁形式，横梁由两片通过缀板焊接在一起的[1 6槽钢组成，横梁在纵桥向的间距为3.0m，与吊杆对应。纵梁采用[10槽钢，横向设12根（包括4根斜撑）。桥面板采用lOcm厚的C30混凝土预制块。纵梁上焊接限位角钢，用以对预制混凝土人行道板进行限位，由于重量很小计算时不计其重量。

2 模型的建立

2.1单元的选择

利用ANSYS有限元分析软件建立模型，主缆、吊索及抗风索采用LINK10单元模拟，主缆截面积为 ，吊杆截面积为 ，抗风索截面积为 。用KEYOPT命令设置LINK10的属性为只受拉不受压。为了精确的模拟纵横梁截面，利用BEAM188单元可以自定义截面的功能，从CAD导入截面的方式定义纵横梁截面。桥塔采用BEAM188单元模拟，自定义截面尺寸，截面尺寸为纵桥向1.8m，横桥向0.8m。采用BEAM188单元模拟桥面板，采用自定义截面的方式定义其横截面，其截面高0.1m，宽2.965m。各结构的材料特性如下：主缆和抗风索弹性模量为 Pa，质量密度为5319 N/m4。吊杆和纵横梁弹性模量为 Pa，泊松比为0.3，质量密度为7850N/m4。索塔弹性模量为 Pa，泊松比为0.2，质量密度为2600N/m4。桥面板弹性模量为 Pa，泊松比为0.2，质量密度为2600N/m4。

2.2边界条件的模拟

在主缆两端、抗风索锚固端及索塔底部采用完全固结的方式模拟其边界。主缆与吊杆之间、吊杆与横梁之间、纵横梁之间、桥塔与桥塔横系梁之间采用共用节点来模拟其真实连接，纵横梁与桥塔之间，桥面板与纵横梁之间、塔顶与主缆理论交点之间采用耦合节点的方式连接。

3 横向振动基频分析

由于悬索桥属于几何非线性结构，所以在分析时要定义其非线性控制选项，如：定义静态求解、打开大变形与应力刚度选项、定义子步数、输出结构及求解。进行结构模态分析时，还要定义相应控制选项，如： 定义模态提取方法、模态数目、扩展模态数，用分块Lanczos法求解特征值和特征向量，扩展特征向量等。

在ANSYS中采用分块Lanczos法对所建立的有限元模型进行自振特性分析之后，得到了模型前十阶的自振频率以及相应的振型，本文只列出其第一阶横向振动频率。利用ANSYS中的杆单元模拟抗风索，每根施加100KN的初拉力，对人行悬索桥分别施加0、1、2、3对抗风索来计算结构的横向基频。计算得到施加0、1、2、3对抗风索时对应的横向振动基频分别为0.23719、0.41838、0.42118、0.42249。阵型图见图1-4。

由计算结果可以看出：施加一对抗风索后，人行悬索桥的横向振动基频明显增加。由此可知施加抗风索可以增加人行悬索桥的横向振动基频，对于控制人行悬索桥的横向振动起到积极的作用。从以上分析结果可以看出，当施加两对以上抗风索时，对于人行悬索桥的横向振动基频增加效果逐渐减小，所以施加一对抗风索就可以起到很好的稳定作用。

4 结束语

（1）、通过ANSYS有限元分析软件建立人行悬索桥的模型，分析施加抗风索对人行悬索桥横向振动基频的影响，可知对于人行悬索桥可以通过施加抗风索的方式增加其横向基频从而增加其横向稳定性能。

（2）、通过对比施加不同组抗风索，分析人行悬索桥的横向振动基频，可以看出对于一般跨径的人行悬索桥施加一对抗风索就可以起到很好的稳定作用。

参考文献

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