缆索的局部振动对斜拉桥颤振特性的影响程度和影响机理，是大跨径斜拉桥颤振考察不可回避的问题。处于风场中的缆索，作为张力弦局部振动的理论计算和风洞实验模拟一直是桥梁风工程难以解决的问题。本项目引入了缆索的多链杆模型，计入几何刚度，建立可反映缆索局部振动的缆索模型。采用线性阻尼模拟结构主要振型的阻尼，针对不同建筑材料的桥梁实现全桥结构阻尼的有限元模拟。利用全桥三维颤振分析的通用有限元程序方法，考察主跨600m级跨径斜拉桥、主跨1000m级跨径斜拉桥、主跨2x600m级三塔斜拉桥的动力特性和颤振特性，以及缆索局部振动对动力特性和颤振特性的影响。 对于主跨600m级跨径的斜拉桥，缆索局部振动对全桥动力特性有明显影响，大量缆索局部振动模态出现在全桥主要模态中，一阶和二阶缆索正弦半波以索面同相位振动出现在全桥整体模态中。缆索局部振动对动力特性的固有频率有一定幅度的影响。对于不同的主要模态，幅度达1-10%。颤振临界风速对固有频率的敏感性体现在小幅的固有频率的改变将导致较大的颤振临界风速的变化。全桥的三维颤振分析揭示了缆索局部振动对600m级跨径桥梁的颤振特性有显著的影响。计入缆索局部振动可使主跨600m级跨径斜拉桥颤振临界风速提高超过20%。颤振形态中缆索主要出现的是一阶正弦半波的局部振动。影响机理表现为缆索局部振动通过改变全桥整体振动的频率和局部振动振型参与的气动弹性作用对桥梁整体颤振临界状态产生影响。 通过对主跨1000m级跨径双塔斜拉桥的计算，发现桥梁整体固有模态中出现了较多高阶正弦半波的缆索局部振动。颤振形态中有二阶正弦半波缆索局部振动出现。同时颤振分析的迭代计算中模态的跟踪很困难，特征值的提取亦较困难，须要反复更改频率搜索范围，才能得到结果，且不能排除特征值遗漏情形。对于主跨2x600m级的三塔斜拉桥，固有模态和颤振模态相对于双塔斜拉桥呈现出不同的特征，颤振形态为反对称扭转为主。在此基础上，构造了边中塔高比作为影响因素的不同的工况，籍以反映边中塔高比在斜拉桥立面方案设计中的合理变化范围，并保持双主跨跨径不变。对此模型系列进行计算，讨论了三塔斜拉桥边中塔高比对桥梁动力特性以及颤振特性的影响。 探讨了通过风洞试验模拟缆索局部振动对颤振特性影响的技术途径，认为在现有风洞试验条件下，全桥风洞试验在模拟全桥整体动力特性的时候，很难同时模拟缆索的张力和质量分布，张力模拟和质量 2100433B

斜拉桥的三维颤振有限元分析一般将缆索视为单根链杆，全桥模型风洞试验也不模拟缆索局部振动的振型。事实上，当跨径增大后斜拉桥的斜拉索在颤振运动过程中很难保持直线，缆索作为张力弦自身的振型会表现出来。缆索的局部振动引起的缆索气动弹性作用对大跨度，特别是千米级跨径斜拉桥的颤振行为会产生显著影响。为此，本项目第一步建立反映缆索自身振型的有限元模型，并计及缆索自激气动力，采用全模态直接求解方法，提取颤振运动方程的特征值，得到颤振模态，从而建立反映缆索自身振型的桥梁三维颤振分析方法，从有限元分析的角度考察缆索局部振动对桥梁颤振特性的影响。第二步设计专门的可以反映缆索局部振动振型的全桥模型，通过风洞试验的方法考察缆索振型对颤振特性的影响，验证有限元分析的结果。运用理论分析和风洞试验两种途径探讨缆索局部振动引起的气动弹性作用对千米级跨径斜拉桥颤振行为影响的程度和机理，为此类大跨度跨海桥梁的抗风设计提供依据。

1 斜拉桥跨径发展和关键问题

1.1 斜拉桥的发展历程

1.2 斜拉桥基本结构体系

1.3 斜拉桥跨径发展的性能演变

1.4 千米级斜拉桥设计的关键问题

2 千米级斜拉桥设计理论与方法

2.1 寿命周期设计理论和基本过程

2.2 基于性能的设计方法及其应用

2.3 极端作用及其组合设计方法

3 千米级斜拉桥结构体系与关键参数影响

3.1 千米级斜拉桥合理结构体系

3.2 千米级斜拉桥关键参数影响分析

3.3 千米级斜拉桥结构方案设计

4 千米级斜拉桥风作用特性及结构响应

4.1 斜拉索静风风荷载特性研究

4.2 桥塔气动力研究

4.3 非线性静动力响应研究

4.4 千米级斜拉桥风荷载及合理体系研究

4.5 千米级斜拉桥风致振动响应特性试验研究

4.6 千米级斜拉桥安全行车风速

5 千米级斜拉桥抗震设计

5.1 国内外桥梁抗震设计规范比较研究

5.2 部分已建大跨度缆索支撑桥梁的抗震设计

5.3 千米级斜拉桥的地震反应特性及简化计算

5.4 跨度增大对千米级斜拉桥地震反应的影响

5.5 群桩基础的非线性地震反应分析

6 千米级斜拉桥船舶撞击作用和设计方法

6.1 大跨径桥梁船撞事故

6.2 船撞作用下非线性动力响应特性

6.3 船撞力实用计算方法

7 千米级斜拉桥在汽车作用下的结构性能

7.1 各国规范汽车作用比较研究

7.2 汽车活载计算分析方法适用性分析

7.3 千米级斜拉桥汽车作用非线性响应特性

7.4 千米级斜拉桥汽车作用简化计算方法

7.5 千米级斜拉桥车辆动力放大系数

8 千米级斜拉桥弹塑性稳定性能研究

8.1 桥梁稳定问题及其分析方法

8.2 千米级斜拉桥弹性稳定分析

8.3 千米级斜拉桥弹塑性稳定特性

8.4 弹塑性稳定安全系数的合理取值

9 千米级斜拉桥极端作用特性及设计方法

9.1 千米级斜拉桥抗火设计

9.2 千米级斜拉桥拉索系统强健性设计

9.3 千米级斜拉桥龙卷风作用设计

参考文献2100433B

《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》针对千米级斜拉桥结构体系、性能和设计方法等问题，以主跨1088m苏通大桥为基础，拓展到主跨1308m、1500m、1800m等跨度的千米级斜拉桥，研究了千米级斜拉桥设计理论和方法、结构体系与关键参数、风作用特性与结果响应、抗震设计、船舶撞击作用和设计方法、汽车作用下结构性能、弹塑性稳定性能、极端作用特性及设计方法等。《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》系统解决了千米级斜拉桥设计理论、方法、参数、标准方面关键问题，可为同类桥型的建设提供参考和借鉴。

《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》可供从事桥梁设计、施工及相关研究人员阅读，也可供高等学校相关专业研究生和高年级本科生阅读。