某鋼管混凝土拱橋自振特性分析.pdf

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1、某鋼管混凝土拱橋自振特性分析仇帥(河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南鄭州450007)摘要：采用有限元軟件ANSYs，對(duì)一座下承式鋼管混凝土橋的自振特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：該下承式鋼管混凝土拱橋主要為橋面及拱肋橫向振動(dòng)、整體豎向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)掭動(dòng)三種振動(dòng)形式，且振型越往后越復(fù)雜；該橋梁的橋面、拱肋的橫向振動(dòng)以及整體豎向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，英相鄰模態(tài)頻率幾乎接近，與其它該類橋梁大為不相同。另夕卜，通過(guò)各種設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，對(duì)自振特性進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，考慮自重及改變混凝土彈性模量對(duì)結(jié)構(gòu)自振頻率影響不大；減少橫撐則影響高階模態(tài)振型

2、；矢跨比對(duì)其自振頻率的影響不大，但對(duì)振型的影響卻不盡相同。關(guān)鍵詞：粘彈性阻尼器；參數(shù)優(yōu)化；LQR算法；振動(dòng)控制中圖分類號(hào)：U“8．22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672—40n{2012)05一0089一030前言橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是其動(dòng)力性能分析的重要參數(shù)，它包括自振頻率、振型及阻尼比等，反映了橋梁的剛度指標(biāo)。它取決于結(jié)構(gòu)的組成體系、剛度、質(zhì)量分布以及支承條件等，它對(duì)于正確地進(jìn)行橋梁的抗震設(shè)計(jì)、車振分析及抗風(fēng)穩(wěn)定性分析都有著重要的意義。從而可以定性和定量地判別結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變。l模型建立1．1工程背景該橋?yàn)橐蛔鲁惺?/p>

3、鋼管混凝土拱橋，采用剛架系桿拱體系，單跨125m共兩跨；拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1．1，矢跨比為1／5，拱肋截面采用啞鈴形，高度為3m，水平方向的兩鋼管用綴板聯(lián)成一體，豎向的鋼管之間設(shè)豎直腹桿和斜桿。在上、下弦桿主管，綴板內(nèi)腔充填50號(hào)混凝土。主橋主要由拱肋、吊桿和橋面系三部分組成，橋面系包括水平系桿梁、端橫梁、中橫梁和預(yù)制板，為一柔性吊桿剛性拱的空間整體受力結(jié)構(gòu)。計(jì)算采用的初始常數(shù)為：鋼材的彈性模量為E=2．1x105MPa，鍍鋅鋼絲的彈性模量為E=1．9x105MPa，50號(hào)混凝土彈性模量為E=3．5×10

4、4MPa，鋼材的密度取7850kg／m3，混凝土密度取2600k∥矗。橋面鋪裝層和橋面其他構(gòu)造的質(zhì)量計(jì)人橋面板的密度中，以考慮其質(zhì)量對(duì)自振特性的影響，目的是保證自振特性計(jì)算的正確性。1．2有限元模型為了確定橋梁的振動(dòng)特性，采用有限元結(jié)構(gòu)分析通用軟件ANsYS進(jìn)行計(jì)算。在橋梁的有限元建模中，系桿、橫梁、拱肋和橫撐等構(gòu)件采用空問(wèn)梁?jiǎn)卧狟EAM44；吊桿以作者簡(jiǎn)介：仇帥(1979一)男，本科，助理工程師，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理工作。及水平索(系桿)采用只承受拉力的空間桿單元uNKlo；把板肋看作橋面系的縱梁，用空

5、間梁?jiǎn)卧狟EAM“模擬，而橋面系用空間粱格法模擬，拱腳與地面交接處為固結(jié)，邊跨板梁與引橋交接處視為鉸結(jié)。空間有限元模型如圖1所示。(a)整橋模型2計(jì)算結(jié)果分析(a)橫粱截面圖1有限元模型2．1本模型計(jì)算結(jié)果及分析計(jì)算模態(tài)數(shù)量取前30階，計(jì)算結(jié)果如表1所示，這里只列出部分頻率。振型圖如圖2所示。如表1所示橋梁前15階振型的振動(dòng)特征和圖2所示振型圖可以看出，該下承式鋼管混凝土拱橋的振型比較復(fù)雜，總的來(lái)看，具有下列幾個(gè)方面的特點(diǎn)。(1)計(jì)算表明振型越往后的振型越復(fù)雜。(2)橋面豎向振動(dòng)表現(xiàn)為下承式鋼管混凝土系桿拱橋梁體系

6、的整體豎向振動(dòng)。(3)橋梁的橋面、拱肋的橫向振動(dòng)以及整體豎向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其相鄰兩階頻率幾乎接近，與其它該類橋梁相比是不相同的。(4)豎向振動(dòng)頻率比一般下承式鋼管混凝土拱橋大。表1橋梁自振頻率和振動(dòng)特征表2各橋一階橫向、豎向頻率表振型階數(shù)頻率(Hz)振動(dòng)特征1O．3975橋面橫向l階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)2O．3978橋面橫向2階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)3O．5526拱肋橫向1階振動(dòng)，橋面不動(dòng)4O．5549拱肋橫向2階振動(dòng)，橋面不動(dòng)5O．6406豎向1階振動(dòng)，無(wú)橫向及扭轉(zhuǎn)6O．8023橋面橫向3階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)70．8098橋面橫

7、向4階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)8O．9788豎向2階振動(dòng)，無(wú)橫向及扭轉(zhuǎn)9O．9918豎向3階振動(dòng)，無(wú)橫向及扭轉(zhuǎn)lO1．0336l階扭轉(zhuǎn)，無(wú)橫向振動(dòng)111．11392階扭轉(zhuǎn)，無(wú)橫向振動(dòng)121．2033橋面橫向5階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)131．2150橋面橫向6階振動(dòng)，拱肋不動(dòng)141．4089豎向4階振動(dòng)，無(wú)橫向及扭轉(zhuǎn)151．4878豎向5階振動(dòng)，無(wú)橫向及扭轉(zhuǎn)，=0．6406廠=O．8023，=O．8098圖2振型圖2．2計(jì)算結(jié)果比較表2列出了相關(guān)文獻(xiàn)記錄的關(guān)于鋼管混凝土橋梁的橫向及豎向基頻Ⅲ，從表中可以看出，相同結(jié)構(gòu)形式的橋型其一基頻

8、隨著跨徑的增加而降低；相同跨徑不同橋型之間，下承式拱橋的基頻比上承式、中承式的要小?；l(Hz)橋名跨度(m)結(jié)構(gòu)形式橫向豎向廟溝大橋76上承式2．721，25福州解放大橋80中承式O．721．56蓮沱河特大橋114中承式剛架系桿拱O．591．04石潭西大橋136中承式1．241．25瓷都大橋150中承式1．041．32深圳北站大橋150下承式剛架系桿拱O．