砼双塔斜拉桥的动力特性研究.pdf

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1、公路与汽运总第161期Highways&AutomotiveApplications159砼双塔斜拉桥的动力特性研究曹少辉，谢勇(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州贵阳550000)摘要：以贵州马岭河大桥为研究对象，运用有限元软件MIDAS／Civil2o06对该桥的主梁、斜拉索、主塔、基础等结构部件和边界条件进行了模拟，并针对全漂浮体系、半漂浮体系结构的砼斜拉桥进行了动力计算，讨论了半漂浮体系斜拉桥动力特性的新特点，得出了半漂浮体系结构刚度大于全漂浮体系，有利于桥梁结构的受力性能。关键词：桥梁；砼双塔斜拉桥；动力特性；半漂浮体系中图分类号：

2、U448．27文献标志码：A文章编号：1671—2668(2014)02—0159一O3砼斜拉桥的应用随着大跨径桥梁的日益发展逐Civil2006建立计算模型，主梁采用脊梁模式来模渐增多，已成为桥梁结构向大跨度发展的一种重要拟，将质量和刚度系统均放在各自的位置上，采用一桥型。但随之而来也出现了很多问题，其中以桥跨致质量矩阵和一致刚度来描述。正确反映主梁的质结构的自振特性以及车辆荷载的冲击振动等动力学量系统和刚度系统是该模式的优点，而且建模方便，问题尤为突出。而研究斜拉桥动力行为的基础是斜计算工作量也偏小，脊梁模式模拟比其他模式建模拉桥的动力特性分析，其自振

3、特性决定其动力反应相对简单，划分的节点、单元数量也较少，节省时间，特性，因而分析砼斜拉桥自振特性意义重大。计算速度较快。目前虽对砼斜拉桥的动力特性进行了大量研(2)主塔。桥梁主塔在MIDAS／Civil2006中也究，但对半漂浮体系结构的斜拉桥研究却不多。因采用三维梁单元模拟，梁单元的自然节点划分主要此，积极开展半漂浮体系斜拉桥的动力特性研究具依据截面变化处和索锚固点。大跨度斜拉桥中最为有重要的现实意义。关键的结构部分是桥梁主塔，地震中最容易受到破坏的部分也是桥梁主塔。单元划分的粗细决定了凝l工程概况聚质量的分布、振形的形状和地震荷载的分布，从而马岭河特大

4、桥主桥桥跨布置为155m+360m会影响主塔的动力特性和内力分布，因而单元划分+150m预应力砼双塔斜拉桥。8塔墩处主梁与不宜太粗。主塔通过下横梁实行临时固结，9塔墩处主梁与主(3)斜拉索。斜拉桥的斜拉索可以采用索单塔通过桥塔下横梁实行永久固结，施工完成后形成元，补充输入单元无应力索长L或索的初拉力或半漂浮体系，其总体布置见图1。地震动峰值加速水平力；也可以采用桁架单元，若为只受拉桁架单度为0．05g，按0．1g设防。元，补充输入最小容许压力，即只受拉桁架单元可以容许承受一定的压力荷载，也可以用刚度为零或无穷小的梁单元模拟。考虑该桥斜拉索较短，斜拉索采用空

5、间桁架单元，其弹性模量在计算中采用Ernst公式等效来考虑索的垂度引起的非线性。(4)模型参数。马岭河大桥有限元模型的主要参数：砼主梁标准截面竖弯惯性矩为6．16m，横弯图l马岭河大桥总体布置(单位：m)惯性矩为2034．84m，扭转惯性矩为14．23m，截面积为18．25m。，弹性模量为3．45×10kN／m。2有限元模型建立主塔上塔柱和下塔柱采用变截面形式，斜拉索截面(1)主梁。桥面系的质量集中了斜拉桥的大部积为5．349×10～1．089×10m。。为便于与漂分，故正确模拟桥面系十分重要。采用MIDAS／浮体系的砼双塔斜拉桥的动力特性对比，仅改变8*

6、160公路与汽运2O14年3月墩边界条件，其他条件均相同。3计算结果(5)边界条件。模型计算所采用的边界约束条件为：1)8主塔横梁处设置纵向滑动支座，并限制MIDAS／civil2O06软件中模态分析中的特征值横向位移，9主塔与主梁的连接为固结状态；2)向量主要有子空间迭代法、多重Ritz向量法和8、9主塔横梁处设置纵向滑动支座，并限制横向Lanczos。在子空间迭代技术中，采用完整的刚度矩位移。有限元模型如图2所示。阵和质量矩阵在子空间投影，精度很高，这种使用广义Jocobi的迭代算法对计算机内存要求也较低。因此，马岭河大桥的模态分析采用MIDAS／Ci

7、v—i12006软件中的子空问法。同时建立结构参数完全同上的砼双塔斜拉桥全漂浮体系和半漂浮体系，对砼双塔斜拉桥全漂浮体系和半漂浮体系的自振频率图2马岭河大桥空间有限元模型进行比较，得出前十阶频率及振型特性(见表1)。表1砼斜拉桥全漂浮体系和半漂浮体系自振频率及振型对比伞对斜拉桥动力特性比较重要的振型和频率为：第一阶反对称纵飘、一阶对称侧弯、一阶对称竖弯和一阶反对称竖弯(见图3～10)。图5全漂浮体系一阶对称侧弯(0．157Hz)图3全漂浮体系一阶反对称纵飘(0．082Hz)图6半漂浮体系一阶对称侧弯(0．396Hz)从图3～10可看出：纵飘、竖弯、侧弯振型

8、出现图4半漂浮体系一阶反对称纵飘(0．305Hz)时间方面，全漂浮