三跨无背索斜拉桥的动力特性分析

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1、116桥梁结构城市道桥与防洪2012年7月第7期三跨无背索斜拉桥的动力特性分析杨敏，，欧家富z，郑光辉(1．广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州510006；2-东莞市新远高速公路发展有限公司，广东东莞523120)摘要：湖南路大桥主桥为一座斜塔无背索斜拉桥，跨径组合为30m+92m+30m，全长152m。建立该桥空间有限元动力分析模型，重点研究该桥的自振频率和振型特征。通过与一座同类型方案桥的对比，总结出该桥动力特性及结构体系的主要特点，为后续同类桥梁的设计和相关研究提供借鉴。关键词：无背索斜拉桥；有限元；动力特性中图分类号：U448．27文

2、献标识码：B文章编号：1009—7716(2012)07一O116—030引言随着经济、社会的不断进步，桥梁美学的地位正逐步上升，变得与桥梁的经济性能、安全性能同样重要。对于斜拉桥来说，桥塔是斜拉桥最为重要的受力构件，同时也是最为醒目的桥梁美学元素，桥塔形式的创新成为斜拉桥结构创新的最主要途径。无背索斜拉桥就是这样一种集功能和美学为一体的新型桥梁结构体系。相比于其他形式的斜拉桥，它具有两大显著特点：(1)以其形式来说，极具美观价值。倾斜的桥塔图1纵向桥型布置图(单位cm)挺拔有力，仅在主跨侧设置斜拉索将桥面拉起，远眺宛如一叶远航的巨帆，显得生机盎然

3、，朝气蓬勃，象索面采用直线+圆曲线形式。塔身纵桥向为变截征着本地区欣欣向荣的发展局面，成为众多地区标面，由底部向顶部逐渐变窄，桥面处塔身纵桥向宽度志性建筑的首选桥型。(2)以其结构来说，具有区别为11m(不含圆弧倒角)；横桥向塔身上下宽均为于对称形式斜拉桥的典型特征。利用桥塔的重量来2．6m，塔身横向向内倾斜6。，向顶部逐渐靠拢，顶平衡主梁上的荷载，并使塔、梁均处于最为理想的轴部通过横梁将两分离的塔连接为整体，塔身下部与向受力状态。主纵梁中腹板、墩身承台连接为整体，塔墩梁固结，无背索斜拉桥在设计、施工等方面都比常规的形成稳定的框架刚构体系。直塔斜拉

4、桥复杂。但是，它优美独特的造型和杰出主梁为预应力混凝土双边箱截面梁。箱梁高度的景观效果得到了广泛的认可，并越来越多地得到为不小于3．5m(不含铺装)，箱梁一般断面顶板厚工程界的应用。因此，对这种桥型的动力特性进行度26om，底板厚度24am。纵向5m间距设一道横探索和研究，具有重要的工程实用意义。梁，横梁断面采用马蹄形。主跨主梁靠近塔根，轴向压力很大，为进一步增强截面抵抗能力，削减压应力1工程概况峰值，将此处梁高加高0．5m(含8om铺装)。湖南路大桥主桥位于山东省聊城市，是跨径组斜拉索布置为双索面竖琴式，斜拉索与水平面合为30m+92m+30in

5、=152m的双索面无背索夹角为29o，在梁上的束距为5rn，拉索共13对。斜拉桥，上部结构由桥塔、主梁和斜拉索组成，桥塔斜拉索采用塑包平行钢丝束，钢丝采用7镀锌高和主梁均采用预应力混凝土构件。其纵向桥型布置强钢丝见图l。2主桥动力计算桥塔总高度为86．88m，其中桥面以上高度为75ID_。塔身背索面采用直线形式，后倾59。，塔身迎湖南路大桥主桥空间有限元模型采用双主梁模式，桥塔、主梁和桥墩均采用空间梁单元，斜拉索采收稿日期：2012—02—15用空间索单元，全桥共离散为516个单元。主要材料作者简介：杨敏(1983一)，男，湖南娄底人，硕士研究生在

6、读，主要研究方向为桥梁结构设计与健康监测技术。及其属性见表1。118桥梁结构城市道桥与防洪2012年7月第7期的大小与颤振临界风速有很大的关系，因为扭转振比较好。型在颤振中占主要成分，扭频越高，结构的抗风性能(2)湖南路大桥主桥桥塔的自振频率相比主梁越好。要低。局部刚度分配上塔弱梁强的特点符合无背索(4)湖南路大桥主桥和方案桥的主梁扭转振型斜拉桥的一般规律。分别出现在第5阶和第7阶，说明前者的主梁抗扭(3)湖南路大桥主桥的桥塔刚度相比同类桥梁刚度小于后者。这与前者采用开口形式的双箱梁，偏小，尤其在第3阶即出现了桥塔扭转振型，桥塔的而后者采用闭口形式

7、的扁平箱梁，前者主梁抗扭刚扭转刚度过小。桥塔的扭转振型对斜拉桥的颤振影度小的实际情况相符。响较大，建议后续设计者充分考虑桥塔扭转刚度对(5)湖南路大桥主桥和方案桥的首阶主梁竖弯于结构振动的影响。振型分别出现在第4阶和第3阶，说明两者的主梁(4)湖南路大桥主桥的主梁扭转刚度相对较小，竖向抗弯刚度处于大致相当的水平。前者由于桥塔而主梁的竖向抗弯刚度相对较大。建议采用闭口形的刚度偏弱，导致主梁的刚度相对显得比后者稍强式的截面以提高主梁抗扭刚度。一参考文献4结语[1】施新欣．无背索斜拉桥结构性能研究【D】．上海：同济大学，2005．[2】施新欣，阮欣，许慧

8、峰．大跨径无背索斜拉桥的动力特性分析本文建立了湖南路大桥主桥的空间有限元动力『J]．结构工程师，2006，22(5)：54