單拱肋外傾式鋼管混凝土拱橋動(dòng)力特性分析

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1、第３６卷第５期武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版）Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．５２０１２年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｃｔ．２０１２（ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）單拱肋外傾式鋼管混凝土拱橋動(dòng)力特性分析連岳泉１）２）梁群（武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院１）２）武漢４３００７０）（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院合肥２３００８８）摘要：章江大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)少有的單拱肋外傾式鋼管混凝土拱橋．通過(guò)建立ＡＮＳＹＳ空間有限元模型來(lái)計(jì)算分析其自振頻率和振型，著重研究主拱肋核心混凝土標(biāo)號(hào)、穩(wěn)定拱肋外傾角度、橫撐與斜撐布置形式以及拱肋與橋面

2、聯(lián)結(jié)區(qū)剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響．關(guān)鍵詞：?jiǎn)喂袄?；外傾式；鋼管混凝土拱橋；動(dòng)力特性中圖法分類(lèi)號(hào)：Ｕ４４８．２３ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－３８４４．２０１２．０５．０２５０引言梁長(zhǎng)１０４ｍ，其余為預(yù)應(yīng)力混凝土梁．主橋拱肋由通過(guò)端錨板相互連接的３根二次拋物線型的鋼管伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，鋼管混凝土拱組成，包括１根主拱肋和２根對(duì)稱(chēng)的穩(wěn)定拱肋．主橋正向大跨徑和新穎美觀的異型方向迅速邁進(jìn)．拱肋位于豎直平面內(nèi)，外徑１．８ｍ，其計(jì)算跨徑然而跨徑攀升和結(jié)構(gòu)異形化的同時(shí)，其力學(xué)性能１５８ｍ，矢跨比為１／４．７５，內(nèi)灌Ｃ５０微膨脹混凝問(wèn)題也突顯出來(lái)，尤其是其動(dòng)力特性．異型鋼管

3、混土；２根穩(wěn)定拱肋對(duì)稱(chēng)布置于豎直面，與豎直平面凝土拱橋的美學(xué)問(wèn)題與動(dòng)力性能之間的矛盾在今夾角２１．８°，外徑１．２ｍ，穩(wěn)定拱肋在其平面內(nèi)矢后是值得關(guān)注和解決的難題．結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是其高為２８ｍ，僅在與主拱肋聯(lián)結(jié)端灌注混凝土．主他動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究的起點(diǎn)，因此要研究異型鋼管混拱肋與穩(wěn)定拱肋之間通過(guò)橫撐及斜撐相連．章江［１］大橋主橋里面布置圖見(jiàn)圖１．凝土拱橋的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，必須掌握其動(dòng)力特性．１工程背景２建立模型章江大橋?qū)仝M州市重點(diǎn)工程，是一座集城市章江大橋主橋結(jié)構(gòu)以及拱肋受力均較為復(fù)交通和城市景觀功能于一體的城市主干道橋梁．雜，故基于ＡＮＳＹＳ建立章江大橋主橋的空間模主橋?yàn)椋矗福恚保担福恚矗福淼?/p>

4、３跨飛燕式單拱型．對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力特性分析需要做合理的假定以肋外傾鋼管混凝土拱橋．橋面寬３４ｍ，主跨鋼箱及模型簡(jiǎn)化．圖１章江大橋主橋里面布置圖收稿日期：２０１２－０５－２４連岳泉（１９６２－）：男，碩士，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)榇罂鐝綐蛄航Y(jié)構(gòu)分析與施工控制第５期連岳泉，等：?jiǎn)喂袄咄鈨A式鋼管混凝土拱橋動(dòng)力特性分析·９８５·針對(duì)整橋的動(dòng)力分析，需要忽略吊桿、系桿等表１章江大橋前十階振型次要局部柔性結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)．本橋吊桿有１６序列頻率值／Ｈｚ振型特征對(duì)，若不對(duì)其進(jìn)行建模忽略，則整橋振動(dòng)振型前很１０．６０３拱肋側(cè)彎２１．２５７拱肋側(cè)彎多階頻率都是柔性吊桿的振型，甚至得不到整橋３１．９１９拱肋側(cè)彎振型．

5、在建模時(shí)可將吊桿、系桿處理為單單元．主４２．００６拱肋與橋面對(duì)稱(chēng)豎彎拱肋由鋼和混凝土２種材料組合而成，分析時(shí)假５２．２０３拱肋扭轉(zhuǎn)６２．３３９拱肋側(cè)彎定鋼管和拱肋中的混凝土之間粘結(jié)好，無(wú)相對(duì)滑７２．５２５拱肋與橋面反對(duì)稱(chēng)豎彎［２］移．可采用統(tǒng)一理論，建立韓林海鋼管混凝土本８２．６７５拱肋側(cè)彎，橋面扭轉(zhuǎn)［３］構(gòu)模型，通過(guò)計(jì)算可得到基于該理論下的鋼管９３．０１３拱肋扭轉(zhuǎn)１０３．０９６拱肋與橋面對(duì)稱(chēng)豎彎混凝土組合材料非線性應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系．得到的主拱肋和灌注混凝土的穩(wěn)定拱肋應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系見(jiàn)圖２．圖３章江大橋主橋拱肋側(cè)彎一階振型圖４章江大橋主橋拱肋側(cè)彎二階振型圖２鋼管混凝土拱肋應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系在結(jié)構(gòu)的

6、構(gòu)件交匯區(qū)域，諸如拱肋或Ｖ形墩?qǐng)D５章江大橋主橋拱肋豎彎一階振型與混凝土梁聯(lián)結(jié)區(qū)域，是由２個(gè)或數(shù)個(gè)構(gòu)件組成為一個(gè)剛度很大的區(qū)域———?jiǎng)傂詤^(qū)，可通過(guò)采用［４］剛性材料法來(lái)模擬，即增大材料的彈性模量來(lái)提高構(gòu)件的剛度，以防這些區(qū)域模擬失真給整橋圖６章江大橋主橋拱肋豎彎二階振型計(jì)算結(jié)果帶來(lái)誤差．章江大橋主橋ＡＮＳＹＳ模型單元類(lèi)型分為Ｂｅａｍ１８８，Ｓｈｅｌｌ６３和Ｌｉｎｋ１０三種，用Ｂｅａｍ１８８來(lái)模擬主拱肋、穩(wěn)定拱肋、橫撐、斜撐、拱腳、Ｖ構(gòu)、立柱和立柱系梁；用Ｓｈｅｌｌ６３來(lái)模擬鋼箱梁和混凝土箱梁的頂板、底板、腹板和橫隔板等；用Ｌｉｎｋ１０［５］來(lái)模擬吊桿和系桿．全橋模型除設(shè)定３種單元類(lèi)型外，還設(shè)

7、置實(shí)常數(shù)１７類(lèi)，材料種類(lèi)１７種，耦合集２２組，建模形成關(guān)鍵點(diǎn)７２４個(gè)，線１５１５條，圖７章江大橋主橋拱肋扭轉(zhuǎn)一階振型面７１２個(gè)．各類(lèi)構(gòu)件單元經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分，得到各類(lèi)單元５６７４個(gè)，共計(jì)節(jié)點(diǎn)４９９６個(gè)．３動(dòng)力特性分析通過(guò)對(duì)章江大橋主橋進(jìn)行ＡＮＳＹＳ模態(tài)分析，可得到各階頻率以及該頻率下所對(duì)應(yīng)的振型．由于章江大橋各階振型較為復(fù)雜，現(xiàn)列出前１０階圖８章江大橋主橋拱肋扭轉(zhuǎn)二階振型振型，見(jiàn)表１．拱肋側(cè)彎、豎彎及扭轉(zhuǎn)前二階振型見(jiàn)圖３～８