大跨径钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析.pdf

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1、52桥梁结构城市道桥与防洪2012年3月第3期大跨径钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析宋晓好(绍兴袍江大桥建设工程指挥部，浙江绍兴312071)摘要：该文介绍了利用MIDAS／Civil建立袍江大桥空间模型。其主拱、边拱、吊杆横梁和桥面系采用梁单元、板单元模拟，吊杆和系杆用只受拉单元模拟，并对其进行模态分析提取桥跨自振特性。与实测值进行比较，查看基本振动形态，得出该桥实测模态与理论计算模态较吻合，且面内振动频率符合简化计算公式规律，该桥动力特性优良。关键词：飞燕式钢管混凝土拱桥；有限元；自振特性；模态分析；袍江大桥；绍兴市中图分类号：U448．22+5

2、文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)03-0052-02示。模型中采用梁单元和板单元模拟主拱、边拱及吊0前言杆横梁和桥面系；采用只受拉单元模拟吊杆和系杆。钢管混凝土系杆拱桥的出现顺应了拱桥不断在计算中将两根相邻的吊杆简化为一根处理。向大跨度、轻型化方向发展的趋势。飞燕式系杆拱桥是拱桥中极具特色的一种桥型，由主跨、边跨、主拱墩及系杆四大部分组成。由于钢管混凝土拱桥跨度大，质量轻，其本身刚度小，同时在设计中又很少考虑其动力特性，从而给此类拱桥的运营带来安全隐患。目前关于该类桥型设计与施工方图1MIDAS／Civil飞燕式钢管混凝土拱桥

3、模型面的文献报道已较多，但对成桥后结构自身固有动2．2模态分析力特性进行分析的文献还较少。本文以绍兴市袍利用MIDAS／Civil软件模态分析功能，提取该江大桥(五跨飞燕式钢管混凝土拱桥)为研究对象，桥前5阶模态参数(频率、振型)。该桥前5阶模态参通过对成桥模态试验，得出其自身的动力特性，并数见表1所示，前5阶振型如图2～6所示，包括面结合理论计算分析，评定成桥的结构特性和设计外一阶对称模态、面外一阶反对称模态、面内一阶反效果对称模态、面内扭振模态、面内一阶对称模态。表1成桥状态自振频率及振型特征(前5阶)一览表1桥梁概述袍江大桥位于浙江绍兴袍江经

4、济技术开发区，主桥为带飞燕式边拱的五跨连拱中承式钢管混凝土系杆拱桥。跨径为40m+3X185m+40in，拱轴线形式为二次抛物线，矢跨比为1／4，拱肋截面形式为桁架式。桥面宽45In，吊杆横梁通过湿接头与桥面板联成整体，在承受二期恒载和活载时成为钢}昆叠合梁。设计荷载为汽车一超20级，挂车一120，人群活载为4．0kN／m。上下游拱肋位置处各设6根柔性系杆以平衡拱肋的水平推力。吊杆为可换式双吊杆。图2面外一阶对称振型图2理论计算2．1计算模型根据该桥的结构形式和受力特点，利用MIDAS／Civil建立桥梁的空间分析模型，如图1所收稿日期：2012一

5、O1一O9作者简介：宋晓妤(1969一)，女，浙江绍兴人，高级工程师，从事道桥工程建设施工管理工作。图3面外一阶反对称振型图2012年3月第3期城市道桥与防洪桥梁结构53图8面外一阶反对称模态图4面内一阶反对称振型图图9面内一阶反对称模态图5面内扭转振型图图1o面内扭振模态图6面内一阶对称振型图3脉动试验脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的拾振器，首先记录桥梁结构在环境激励下，如风、水流、地脉动等引起的桥梁振动，然后对记录的振动时图11面内一阶对称模态程信号进行处理，并进行时域和频域分析，求取桥梁的结构自振特性。4面内振动特性分析通过对采集到的脉动信

6、号进行剪切、滤波、加窗、细化等处理，经频域和时域分析，得到了该桥大跨径中承式钢管混凝土拱桥面内振动频率中跨结构前5阶自振频率和振型。实测自振频率的简化计算公式如下：列于表2，振型如图7～图ll所示。反对称基频，对称基频：据简化计算公式可得该桥面内反对称及对称频率分别为0．86Hz、表2实测成桥状态自振频率及振型特征(前5阶)一览表1．37Hz。与计算值0．90、1．33较为接近，该桥理论计算频率较符合实际。5结论(1)从各阶振型可以看出，飞燕式系杆拱桥的振动主要有拱肋的面外振动、面内振动和扭转振动3种形式。(2)在桥梁的振动中首先出现的是拱肋的面I

7、＼、，一，、——一外振动，且面外振动基频小于面内基频。这是由于}●__一一～钢管混凝土拱桥拱肋的面外刚度相对较小，而桥梁～＼．／y面内、外刚度相差又比较大的缘故。＼／＼一一(3)由于桥面系面外刚度相对较小，而面内图7面外一阶对称模态刚度较大，反映在振型特征上有侧弯变形。飞燕54桥梁结构城市道桥与防洪2012年3月第3期体外预应力索自由长度分析王寿生(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092)摘要：转向块(锚固端)间的体外预应力索可能产生独立于梁的振动，若其频率与梁的固有频率接近，就可能发生共振。当频率相近时，改变粱的截面特性或体

8、外索的正常使用应力都不是好的解决办法，而通过改变体外索的约束长度来改变其固有频率，在经济、效果及可行性方面，都不失为一个理