大跨徑鋼管混凝土系桿拱橋動力特性分析.pdf

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1、52橋梁結構城市道橋與防洪2012年3月第3期大跨徑鋼管混凝土系桿拱橋動力特性分析宋曉好(紹興袍江大橋建設工程指揮部，浙江紹興312071)摘要：該文介紹了利用MIDAS／Civil建立袍江大橋空間模型。其主拱、邊拱、吊桿橫梁和橋面系采用梁單元、板單元模擬，吊桿和系桿用只受拉單元模擬，并對其進行模態(tài)分析提取橋跨自振特性。與實測值進行比較，查看基本振動形態(tài)，得出該橋?qū)崪y模態(tài)與理論計算模態(tài)較吻合，且面內(nèi)振動頻率符合簡化計算公式規(guī)律，該橋動力特性優(yōu)良。關鍵詞：飛燕式鋼管混凝土拱橋；有限元；自振特性；模態(tài)分析；袍江大橋；紹興市中圖分類號：U448．22+5

2、文獻標識碼：A文章編號：1009—7716(2012)03-0052-02示。模型中采用梁單元和板單元模擬主拱、邊拱及吊0前言桿橫梁和橋面系；采用只受拉單元模擬吊桿和系桿。鋼管混凝土系桿拱橋的出現(xiàn)順應了拱橋不斷在計算中將兩根相鄰的吊桿簡化為一根處理。向大跨度、輕型化方向發(fā)展的趨勢。飛燕式系桿拱橋是拱橋中極具特色的一種橋型，由主跨、邊跨、主拱墩及系桿四大部分組成。由于鋼管混凝土拱橋跨度大，質(zhì)量輕，其本身剛度小，同時在設計中又很少考慮其動力特性，從而給此類拱橋的運營帶來安全隱患。目前關于該類橋型設計與施工方圖1MIDAS／Civil飛燕式鋼管混凝土拱橋

3、模型面的文獻報道已較多，但對成橋后結構自身固有動2．2模態(tài)分析力特性進行分析的文獻還較少。本文以紹興市袍利用MIDAS／Civil軟件模態(tài)分析功能，提取該江大橋(五跨飛燕式鋼管混凝土拱橋)為研究對象，橋前5階模態(tài)參數(shù)(頻率、振型)。該橋前5階模態(tài)參通過對成橋模態(tài)試驗，得出其自身的動力特性，并數(shù)見表1所示，前5階振型如圖2～6所示，包括面結合理論計算分析，評定成橋的結構特性和設計外一階對稱模態(tài)、面外一階反對稱模態(tài)、面內(nèi)一階反效果對稱模態(tài)、面內(nèi)扭振模態(tài)、面內(nèi)一階對稱模態(tài)。表1成橋狀態(tài)自振頻率及振型特征(前5階)一覽表1橋梁概述袍江大橋位于浙江紹興袍江經(jīng)

4、濟技術開發(fā)區(qū)，主橋為帶飛燕式邊拱的五跨連拱中承式鋼管混凝土系桿拱橋。跨徑為40m+3X185m+40in，拱軸線形式為二次拋物線，矢跨比為1／4，拱肋截面形式為桁架式。橋面寬45In，吊桿橫梁通過濕接頭與橋面板聯(lián)成整體，在承受二期恒載和活載時成為鋼}昆疊合梁。設計荷載為汽車一超20級，掛車一120，人群活載為4．0kN／m。上下游拱肋位置處各設6根柔性系桿以平衡拱肋的水平推力。吊桿為可換式雙吊桿。圖2面外一階對稱振型圖2理論計算2．1計算模型根據(jù)該橋的結構形式和受力特點，利用MIDAS／Civil建立橋梁的空間分析模型，如圖1所收稿日期：2012一

5、O1一O9作者簡介：宋曉妤(1969一)，女，浙江紹興人，高級工程師，從事道橋工程建設施工管理工作。圖3面外一階反對稱振型圖2012年3月第3期城市道橋與防洪橋梁結構53圖8面外一階反對稱模態(tài)圖4面內(nèi)一階反對稱振型圖圖9面內(nèi)一階反對稱模態(tài)圖5面內(nèi)扭轉(zhuǎn)振型圖圖1o面內(nèi)扭振模態(tài)圖6面內(nèi)一階對稱振型圖3脈動試驗脈動試驗是通過在橋上布置高靈敏度的拾振器，首先記錄橋梁結構在環(huán)境激勵下，如風、水流、地脈動等引起的橋梁振動，然后對記錄的振動時圖11面內(nèi)一階對稱模態(tài)程信號進行處理，并進行時域和頻域分析，求取橋梁的結構自振特性。4面內(nèi)振動特性分析通過對采集到的脈動信

6、號進行剪切、濾波、加窗、細化等處理，經(jīng)頻域和時域分析，得到了該橋大跨徑中承式鋼管混凝土拱橋面內(nèi)振動頻率中跨結構前5階自振頻率和振型。實測自振頻率的簡化計算公式如下：列于表2，振型如圖7～圖ll所示。反對稱基頻，對稱基頻：據(jù)簡化計算公式可得該橋面內(nèi)反對稱及對稱頻率分別為0．86Hz、表2實測成橋狀態(tài)自振頻率及振型特征(前5階)一覽表1．37Hz。與計算值0．90、1．33較為接近，該橋理論計算頻率較符合實際。5結論(1)從各階振型可以看出，飛燕式系桿拱橋的振動主要有拱肋的面外振動、面內(nèi)振動和扭轉(zhuǎn)振動3種形式。(2)在橋梁的振動中首先出現(xiàn)的是拱肋的面I

7、＼、，一，、——一外振動，且面外振動基頻小于面內(nèi)基頻。這是由于}●__一一～鋼管混凝土拱橋拱肋的面外剛度相對較小，而橋梁～＼．／y面內(nèi)、外剛度相差又比較大的緣故。＼／＼一一(3)由于橋面系面外剛度相對較小，而面內(nèi)圖7面外一階對稱模態(tài)剛度較大，反映在振型特征上有側彎變形。飛燕54橋梁結構城市道橋與防洪2012年3月第3期體外預應力索自由長度分析王壽生(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海市200092)摘要：轉(zhuǎn)向塊(錨固端)間的體外預應力索可能產(chǎn)生獨立于梁的振動，若其頻率與梁的固有頻率接近，就可能發(fā)生共振。當頻率相近時，改變粱的截面特性或體

8、外索的正常使用應力都不是好的解決辦法，而通過改變體外索的約束長度來改變其固有頻率，在經(jīng)濟、效果及可行性方面，都不失為一個理