第一章 绪论
1.1 桥梁装饰概述
桥梁本是连接江河湖泊、山谷深沟以及其他的障碍物时，为了保证通过的安全性，而人为搭建的具有运输能力的建筑结构。但随着人们物质生活的渐渐丰富，单纯的桥梁结构已经满足不了人们对于精神世界的追求。对于桥梁结构来说，苏东坡说过“欲把西湖比西子，淡妆浓抹总相宜”的诗句，可见一定程度的修饰有利于质的表达，尤其是在现实中，修饰是无处不在。在桥梁艺术中，增加适当的雕饰是有益于桥梁质的表达，对整个城市也有很好的影响，罗金思认为：“在不影响结构、功能的真实性的基础上，普通结构和装饰结构的区别就在于装饰，”；维渥兰托·勒·杜克认为结构和装饰是绝对需要进行亲密的统一。近代的大师文丘里认为：结构是带有装饰的遮掩物，只有具有了装饰才能进行区别，在中国也受到了文丘里的影响，产生了一系列的作品，如广东江门外海桥桥头小品和广州印桥装饰小品等，都受到文丘里哲学思想的影响[1]。在 20 世纪 80 年代，由于中国的工业基础相对薄弱，经济也不发达，对桥梁和交通的投资远远不足，桥梁结构主要满足人们对于通行的要求，即如何花较少的钱来建更多的桥梁。桥梁景观设计也只能存在人们的想象之中，在安全、适用、经济和美观的设计标准中，美观只是做为桥梁设计一种可有可无的辅助性设计。装饰结构应该是内容的一种需要，必须满足装饰结构与周围环境以及大到一个城市必须保持一定的协调，给人一种和谐的感觉。协调和和谐主要是要处理好局部与整体、局部与局部之间的关系，它主要包括三种[2][3]：第一种是装饰结构与环境之间的协调：由于装饰结构和周围环境构成一个有机的整体，装饰结构必须作为一个个体考量在整个整体之内，装饰结构和周围其他建筑的协调、装饰结构和自然环境之间的协调。赫拉克利特说过：“最美丽的世界，也像是一堆马马虎虎堆起来的垃圾堆”，在现实世界中，不幸而言中了。中国的好多建筑被其他风格搞得毫无目的，各种通信、电力系统线路被搞得乱七八糟。
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1.2 国内外桥梁装饰结构的发展
中国改革开放近四十年，社会的各个层面取得了长足的进步，中国经济发展速度之快，令世界震惊。在此期间，我国政府在建设、投资方面也是举足轻重。我国建成桥梁近四十多万座，在此之前，由于经济不发达，投资较少，在桥梁建设方面，往往只关注桥梁本身的最基本性能即通过性，而往往忽略了结构的美观性，因为美观性也是桥梁结构重要的组成部分。在我国，早在五十年代，国家就对桥梁景观提出了一定的要求，如“万里长江第一桥”的武汉长江大桥的建设[4]，毛主席在此亲自题写了“一桥飞架南北，天堑变通途”，对此桥的由衷赞扬，它集中当时优秀的建筑工程师、艺术家等各个方面的人才对桥梁以及景观设计，在对每个细节进行精雕细琢，不仅使桥梁结构质量异常坚固，形成与众不同桥梁景观，至今具有借鉴和跨时代的意义。时代进步到了九十年代，跨时代的杰作厦门海沧大桥诞生[5]，它是对武汉长江大桥的进一步继承，同时吸取了国外先进技术与理念而诞生的伟大作品，他被认为是桥梁景观和环境美化的先驱之作，意义非凡。其后，又诞生了武汉军山大桥、京珠高速公路的湖北段桥梁及互通，宜昌夷陵长江大桥，宁波杭州湾大桥等，都是同时代的非凡之作[5]。不过与同时代的国外作品相比，由于国外景观设计发展较早，理念较为先进，我国与之相比尚有一定的差距。但随着香港、澳门的不断回归，这些地区也逐渐融入到国内的建设中来，不断进行与大陆之间的合作，把一些桥梁及景观设计的先进的技术和理念引入到国内的建设中去，例如在一九九零年香港特区举办的国际性桥梁设计比赛。吸引了全世界一百零三个公司积极的参与，也包括五家中国的公司或设计院赛的有交通部北京交通规划设计院、上海市政工程设计院、中国港口工程公司、广东虎门技术咨询公司与广东省公路勘察规划设计院，同世界的不断接轨，能够学到更多的东西，不但要汲取外部优异的思想。与此同时，更应该从内部着手，优化资源的配置，鼓励和发扬设计的各个部门之间应该协同合作，才能体现桥梁景观设计多资源、多学科的交叉应用，提高景观设计的内容，不断向前进步。
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第二章 结构强度分析的理论基础
2.1 静力学分析理论
静力分析主要是计算固定的结构在不随时间变化的载荷下，结构的受力情况。算法虽然简单，但对于评价结构的整体受力、位移以及结构的稳定性都有着重要的意义。静力结构分析是用来求解结构在静力载荷下的响应问题，包括应力应变、位移和反力等。静力结构分析包括线性分析和非线性分析，结构在受静力载荷作用下，不但会发生弹性变形，也会发生较多或者较少的塑性变形，导致结构刚度随结构的不断变化而不断地发生变化，使结构微分方程的求解难度大大增加。而在结构的线性分析，即假定结构在受力作用下只发生弹性变形，由于结构刚度不发生变化，微分方程的求解相对来说难度降低。虽然线性分析并不能完全代表结构在静力载荷作用下真实的反应，但是非线性分析没有较为成熟的计算及评价方式，线性分析仍作为主要的计算方法不断地被应用中。静力分析相对于其他分析而言，计算算法较为简单，但却是结构分析中重要的组成部分，在本部分的计算中，主要计算结构的内力分布和位移变化情况。
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2.2 温度载荷理论
温度分析是计算结构或者结构的某个部分的温度分布状况，如结构的温度梯度、热量的散失与吸收等等。热分析满足能量守恒定律，能量不会无缘无故的出现，也不会无缘无故的消失，总是保持守恒。只是能量出现的形式、方向、地点有所不同，因此，对于一个不开放的环境类型，能量总满足以下方程，热辐射过程中，物体向外辐射电磁波，电与磁在空间中相互转化，并附带能量，这种能量如果被其他物质吸收，导致该物质的温度发生变化，例如升温或者其他。在辐射的过程中，如果辐射物的温度较高，则向外辐射的能量愈大，由此可以得到热辐射作用下的物理规律，模态分析是汲取了振动理论、数值分析、数值计算的相关知识，而形成的一门学科理论[20]。模态分析分析在二十世纪六十年的兴起到如今，已发展较为成熟。模态分析的内容就是将通过物理坐标系建立的线性时不变系统的振动微分方程转化为模态坐标中的微分方程。对微分方程进行解耦计算，得到的变换矩阵即为振型矩阵，振型矩阵中的每列为各阶振型，从而得到结构在动力方面的相关特性。建立结构的模态模型，通过数值计算的方法进行求解，有限元技术是近些年来兴起的数值计算手段，通常将有限元技术易于编程的算法同强大计算能力的计算机进行结合，更能发挥有限元技术的优势。
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第三章 有限元理论及结构建模......16
3.1 有限元分析的理论及过程 ........16
3.2 工程概况.........16
3.3 桥梁装饰结构有限元模型 ........22
第四章 结构静强度分析....25
4.1 静力学概述.....25
4.2 载荷的选择.....25
4.3 载荷工况组合 ....... 30
4.4 静强度分析 .... 30
第五章 结构动力学分析.... 36
5.1 自振特性分析 ....... 36
5.2 反应谱分析 .... 41
5.2.1 加速度反应谱曲线的制定......... 41
5.3 地震响应分析 ....... 46
5.4 静动荷载下复合强度分析 ........ 56
第五章 结构动力学分析
5.1 自振特性分析
在求解特征值的问题上，Ansys12.0 提供了多种迭代方法，例如子空间法、缩减法、分块兰索斯法、非对称法、阻尼法等等。相对于 Ansys 给定的其它算法，子空间迭代法和分块兰索斯法运算速度相对较快，在内存较为充裕的计算机内，用子空间迭代和分块兰索斯法计算时间会节省很多。为了能够准确描述桥梁装饰结构的振型，不妨设定一定的方向，便于进行对结构的描述。下图 5.1-5.10 是通过 Ansys 计算得到的结构前十阶的固有频率特性图。由于求解的模态分析的阶数较多，受于篇幅的限制，所以只列取了对桥梁装饰结构前十阶的振型。从上表的二十阶固有频率的分析结果中，可以看出，该桥梁装饰结构的基频较高，证明该装饰结构的刚度较大。第一阶振型为结构面外侧弯，该结构沿横向方向的刚度不足。第二阶振型出现了拱肋结构的反对称扭转，说明结构的空间效应较为显著。在第三、五、六、八阶振型中都出现了横撑沿竖向的移动。结构在第一阶振型中发生横向侧弯，频率为 1.1685，竖向振动首先在第三阶振型中出现，频率为 3.2673，纵向振动首先出现在振型第十阶，频率为 6.4500，结构在第九阶振型之后，频率为 6.1933，振动形式趋于复杂。由于结构首阶振型为横向侧弯，原因可能为结构的高度较高，达到 22m，然而跨度较大，沿横向的距离较短，在工程实践当中，可以适度减小拱肋的内倾角，但不宜减小太大，否则会影响结构整体的美观性。该桥梁装饰结构进行反应谱分析的时候，模态分析中要取较多的振型，否则可能会出现较大的误差。
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结论
本文章针对桥梁装饰结构的力学分析，主要计算了桥梁装饰结构在静力作用以及地震作用下结构的响应，得到了以下的几点结论：
1、通过有限元的原理及方法对结构进行分析，计算是通过有限元软件实现，主要计算了结构在静力及地震作用下结构的响应，在静力分析中，主要计算了结构在自重、风力以及温度作用下结构的反应，经过计算分析，结构在风载荷的作用下使中心处的斜撑与拱肋的连接产生较大的应力集中现象，由于拱肋是通过分段焊接的形式组合而成，结构在承受风载荷一侧的 1/4 拱肋到 3/4 拱肋的应力普遍较高，更加注意焊接的质量问题。拱肋与斜撑也是通过焊接工艺处理，也要注意中心斜撑的焊接质量。在静力载荷作用下，结构的最大应力及变形分别为105Mpa 和 32.8mm，远远小于结构允许的最大挠度与许用应力，都在允许的范围之内。在静力载荷作用下，结构的危险区域主要集中在拱肋与拱肋、拱肋与风撑之间的焊接区域，结构的尺寸相对保守，可以适当减少拱肋和风撑的尺寸及厚度，并在局部焊接区域进行优化处理。
2、通过对结构自振特性的分析，通过了解结构前二十阶的自振频率与振型，从自振频率来说，结构的基频为 1.1685Hz，相对较高，说明结构整体刚度较高。从阵型来说，结构的第一阶阵型为结构横向侧倾，说明结构的横向刚度是相对较低的，可能是由于结构的竖向高度较高导致结构横向稳定性不足，可以通过适当增加拱肋的内倾角保证结构的横向稳定。通过谱分析计算结构在地震振动作用下的响应，运用自振分析得出的相关结论，对结构进行地震作用下的分析，谱分析中采用三向地震振动输入进行计算，结构在 1/4 拱肋及横撑和 3/4 拱肋及横撑处的变形较大。
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参考文献（略）