某飛燕式鋼管混凝土系桿拱橋動力特性分析

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1、鐵道建筑RailwayEngineering14文章編號：1003．1995(2012)01—0014-03某飛燕式鋼管混凝土系桿拱橋動力特性分析李闖，唐英(1．中國鐵道科學(xué)研究院研究生部，北京100081；2．中鐵西南科學(xué)研究院，四川成都610031)摘要：首先利用MIDAS／Civil軟件，對浙江紹興一新建飛燕式鋼管混凝土系桿拱橋的成橋進(jìn)行建模計(jì)算，得出理論計(jì)算自振頻率和振型；然后通過荷載試驗(yàn)測試，得到成橋結(jié)構(gòu)的實(shí)測自振頻率和振型；最后結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果分析本橋的動力特性和動力響應(yīng)，得出本橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性優(yōu)良，滿足設(shè)計(jì)

2、要求的結(jié)論。關(guān)鍵詞：飛燕式鋼管混凝土拱橋動力特性試驗(yàn)自振特性模態(tài)分析中圖分類號：U448．225；U446．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A鋼管混凝土系桿拱橋的出現(xiàn)順應(yīng)了拱橋不斷向大K15．37B型環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，鋼絲公稱強(qiáng)度跨度、輕型化方向發(fā)展的趨勢。飛燕式系桿拱橋是拱1860MPa。橋中極具特色的一種橋型，由主跨、邊跨、主拱墩及系吊桿為可換式雙吊桿。規(guī)格為2×8567，鋼絲公桿四大部分組成。主跨為中承式鋼管混凝土拱，跨度稱強(qiáng)度1670MPa，外包PE護(hù)套。較大，矢跨比也較大；兩邊跨為半跨懸臂上承式拱，跨2理論計(jì)算和動力性能試驗(yàn)度較小，

3、矢跨比也較小；主跨、邊跨拱腳均固結(jié)于橋墩，通過錨固于兩邊跨端部的系桿(索)來平衡主拱的大2．1理論計(jì)算部分水平推力。由于鋼管混凝土拱橋跨度大，質(zhì)量1)模態(tài)分析理論輕，其本身剛度小，同時(shí)在設(shè)計(jì)中又很少考慮其動力特模態(tài)分析是進(jìn)行動力響應(yīng)分析的基礎(chǔ)，鋼管混凝性，從而給此類拱橋的運(yùn)營帶來安全隱患。目前，關(guān)于土拱橋模態(tài)分析通常采用有限元法，求解結(jié)構(gòu)的自振該類橋型設(shè)計(jì)與施工方面的文獻(xiàn)報(bào)道較多，而對成橋頻率和振型。后結(jié)構(gòu)自身固有動力特性進(jìn)行分析的文獻(xiàn)還較少。本模態(tài)理論是運(yùn)用固有振型矩陣的正交性，對振動文以一座新建五跨連續(xù)自錨飛燕式鋼管混凝土系

4、桿拱系統(tǒng)運(yùn)動微分方程的各系數(shù)矩陣解耦，使各系數(shù)矩陣橋?yàn)檠芯繉ο螅ㄟ^對成橋后的動載試驗(yàn)，得出其自身對角化，從而使多自由度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)成為多個(gè)單自由的動力特性，并結(jié)合理論計(jì)算分析，評定成橋的結(jié)構(gòu)特度系統(tǒng)的疊加。無阻尼自由振動體系的運(yùn)動方程性和設(shè)計(jì)效果。mig”+ku=0(1)式中，m，k分別為系統(tǒng)的總質(zhì)量矩陣、剛度矩陣；U為1橋梁結(jié)構(gòu)概述系統(tǒng)自由度的廣義坐標(biāo)列陣。本新建大橋位于浙江紹興袍江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，式(1)的通解為主橋?yàn)閹эw燕式邊拱的三跨連拱中承式鋼管混凝土系lf=Asin(+0)(2)桿拱橋?？鐝綖?0m+3×185m+40

5、m，拱軸線形式系統(tǒng)的特征方程為為二次拋物線，矢跨比為1／4，拱肋截面形式為桁架一Ca)m=0(3)式。橋面寬45m，設(shè)1．5％橫坡，雙向2．1％縱坡，中由式(3)求出系統(tǒng)的固有頻率跨跨中設(shè)R=4000m豎曲線。設(shè)計(jì)車輛荷載為汽∞=2(i=1，2，3，?，n)(4)超一20，掛120，人群活載為4．0kN／m。根據(jù)以上模態(tài)理論的基本方程來研究橋梁結(jié)構(gòu)的上下游拱肋位置處各設(shè)6根柔性系桿以平衡拱肋自振特性，首先應(yīng)建立橋梁的空間力學(xué)計(jì)算模型，然后的水平推力。系桿采用歐維姆公司生產(chǎn)的OVMXG．計(jì)算出結(jié)構(gòu)各階的振型、頻率等主要模態(tài)參數(shù)來進(jìn)

6、行分析。收稿日期：2011—08．19；修回日期：2011-10．082)建立計(jì)算模型4作者簡介：李闖(1983一)，男，河南泌陽人，碩士研究生。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)，利用MIDAS／2012年第1期某飛燕式鋼管混凝土系桿拱橋動力特性分析15Civil建立橋梁的空間分析模型，如圖1所示。模型中橋面系；采用只受拉單元模擬吊桿和系桿。本次計(jì)算采用梁單元和板單元模擬主拱、邊拱以及吊桿橫梁和中將兩根相鄰的吊桿簡化為一根處理。圖1MIDAS／Civil飛燕式鋼管混凝土拱橋模型3)計(jì)算分析脈動試驗(yàn)內(nèi)容：測量主橋的自振頻率、振型等。通

7、過已建立的空間有限元模型可以計(jì)算該橋的結(jié)2)試驗(yàn)測點(diǎn)布置構(gòu)自振參數(shù)。一般來說，橋梁結(jié)構(gòu)前幾階的自振頻率以中跨為對象介紹脈動試驗(yàn)測點(diǎn)的布置：橋面上、和振型對其動力性能起著重要的控制性作用，因此只下游側(cè)分別等距離布置11個(gè)測點(diǎn)；拱肋上、下游側(cè)分對結(jié)構(gòu)的前幾階的自振特性進(jìn)行分析。利用MIDAS／別等距離布置9個(gè)測點(diǎn)，其中拱座兩點(diǎn)假定為固定點(diǎn)，Civil的模態(tài)分析功能求出了中跨結(jié)構(gòu)前5階的自振不需測量。在各個(gè)測點(diǎn)上布置橫向、豎向加速度傳感頻率和振型，其自振特性分析結(jié)果如表1所列。此處器，整跨共36個(gè)測點(diǎn)需要測量，見圖4所示。還列出了前5

8、階的部分振型，如圖2、圖3所示。表1成橋狀態(tài)自振頻率及振型特征(前5階)圖4單側(cè)脈動測點(diǎn)布置示意3)試驗(yàn)原理及設(shè)備脈動試驗(yàn)是通過在橋上布置高靈敏度的拾振器，首先記錄橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵下，如風(fēng)、水流、地脈動等引起的橋梁振動，然后對記錄的振動時(shí)程信號進(jìn)行處理，并進(jìn)行