三跨無背索斜拉橋的動力特性分析

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1、116橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2012年7月第7期三跨無背索斜拉橋的動力特性分析楊敏，，歐家富z，鄭光輝(1．廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東廣州510006；2-東莞市新遠高速公路發(fā)展有限公司，廣東東莞523120)摘要：湖南路大橋主橋為一座斜塔無背索斜拉橋，跨徑組合為30m+92m+30m，全長152m。建立該橋空間有限元動力分析模型，重點研究該橋的自振頻率和振型特征。通過與一座同類型方案橋的對比，總結(jié)出該橋動力特性及結(jié)構(gòu)體系的主要特點，為后續(xù)同類橋梁的設(shè)計和相關(guān)研究提供借鑒。關(guān)鍵詞：無背索斜拉橋；有限元；動力特性中圖分類號：U448．27文

2、獻標(biāo)識碼：B文章編號：1009—7716(2012)07一O116—030引言隨著經(jīng)濟、社會的不斷進步，橋梁美學(xué)的地位正逐步上升，變得與橋梁的經(jīng)濟性能、安全性能同樣重要。對于斜拉橋來說，橋塔是斜拉橋最為重要的受力構(gòu)件，同時也是最為醒目的橋梁美學(xué)元素，橋塔形式的創(chuàng)新成為斜拉橋結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的最主要途徑。無背索斜拉橋就是這樣一種集功能和美學(xué)為一體的新型橋梁結(jié)構(gòu)體系。相比于其他形式的斜拉橋，它具有兩大顯著特點：(1)以其形式來說，極具美觀價值。傾斜的橋塔圖1縱向橋型布置圖(單位cm)挺拔有力，僅在主跨側(cè)設(shè)置斜拉索將橋面拉起，遠眺宛如一葉遠航的巨帆，顯得生機盎然

3、，朝氣蓬勃，象索面采用直線+圓曲線形式。塔身縱橋向為變截征著本地區(qū)欣欣向榮的發(fā)展局面，成為眾多地區(qū)標(biāo)面，由底部向頂部逐漸變窄，橋面處塔身縱橋向?qū)挾戎拘越ㄖ氖走x橋型。(2)以其結(jié)構(gòu)來說，具有區(qū)別為11m(不含圓弧倒角)；橫橋向塔身上下寬均為于對稱形式斜拉橋的典型特征。利用橋塔的重量來2．6m，塔身橫向向內(nèi)傾斜6。，向頂部逐漸靠攏，頂平衡主梁上的荷載，并使塔、梁均處于最為理想的軸部通過橫梁將兩分離的塔連接為整體，塔身下部與向受力狀態(tài)。主縱梁中腹板、墩身承臺連接為整體，塔墩梁固結(jié)，無背索斜拉橋在設(shè)計、施工等方面都比常規(guī)的形成穩(wěn)定的框架剛構(gòu)體系。直塔斜拉

4、橋復(fù)雜。但是，它優(yōu)美獨特的造型和杰出主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱截面梁。箱梁高度的景觀效果得到了廣泛的認可，并越來越多地得到為不小于3．5m(不含鋪裝)，箱梁一般斷面頂板厚工程界的應(yīng)用。因此，對這種橋型的動力特性進行度26om，底板厚度24am?？v向5m間距設(shè)一道橫探索和研究，具有重要的工程實用意義。梁，橫梁斷面采用馬蹄形。主跨主梁靠近塔根，軸向壓力很大，為進一步增強截面抵抗能力，削減壓應(yīng)力1工程概況峰值，將此處梁高加高0．5m(含8om鋪裝)。湖南路大橋主橋位于山東省聊城市，是跨徑組斜拉索布置為雙索面豎琴式，斜拉索與水平面合為30m+92m+30in

5、=152m的雙索面無背索夾角為29o，在梁上的束距為5rn，拉索共13對。斜拉橋，上部結(jié)構(gòu)由橋塔、主梁和斜拉索組成，橋塔斜拉索采用塑包平行鋼絲束，鋼絲采用7鍍鋅高和主梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。其縱向橋型布置強鋼絲見圖l。2主橋動力計算橋塔總高度為86．88m，其中橋面以上高度為75ID_。塔身背索面采用直線形式，后傾59。，塔身迎湖南路大橋主橋空間有限元模型采用雙主梁模式，橋塔、主梁和橋墩均采用空間梁單元，斜拉索采收稿日期：2012—02—15用空間索單元，全橋共離散為516個單元。主要材料作者簡介：楊敏(1983一)，男，湖南婁底人，碩士研究生在

6、讀，主要研究方向為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與健康監(jiān)測技術(shù)。及其屬性見表1。118橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2012年7月第7期的大小與顫振臨界風(fēng)速有很大的關(guān)系，因為扭轉(zhuǎn)振比較好。型在顫振中占主要成分，扭頻越高，結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能(2)湖南路大橋主橋橋塔的自振頻率相比主梁越好。要低。局部剛度分配上塔弱梁強的特點符合無背索(4)湖南路大橋主橋和方案橋的主梁扭轉(zhuǎn)振型斜拉橋的一般規(guī)律。分別出現(xiàn)在第5階和第7階，說明前者的主梁抗扭(3)湖南路大橋主橋的橋塔剛度相比同類橋梁剛度小于后者。這與前者采用開口形式的雙箱梁，偏小，尤其在第3階即出現(xiàn)了橋塔扭轉(zhuǎn)振型，橋塔的而后者采用閉口形式

7、的扁平箱梁，前者主梁抗扭剛扭轉(zhuǎn)剛度過小。橋塔的扭轉(zhuǎn)振型對斜拉橋的顫振影度小的實際情況相符。響較大，建議后續(xù)設(shè)計者充分考慮橋塔扭轉(zhuǎn)剛度對(5)湖南路大橋主橋和方案橋的首階主梁豎彎于結(jié)構(gòu)振動的影響。振型分別出現(xiàn)在第4階和第3階，說明兩者的主梁(4)湖南路大橋主橋的主梁扭轉(zhuǎn)剛度相對較小，豎向抗彎剛度處于大致相當(dāng)?shù)乃?。前者由于橋塔而主梁的豎向抗彎剛度相對較大。建議采用閉口形的剛度偏弱，導(dǎo)致主梁的剛度相對顯得比后者稍強式的截面以提高主梁抗扭剛度。一參考文獻4結(jié)語[1】施新欣．無背索斜拉橋結(jié)構(gòu)性能研究【D】．上海：同濟大學(xué)，2005．[2】施新欣，阮欣，許慧

8、峰．大跨徑無背索斜拉橋的動力特性分析本文建立了湖南路大橋主橋的空間有限元動力『J]．結(jié)構(gòu)工程師，2006，22(5)：54