板桁组合桥车桥动力分析模型简化方法.pdf

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1、黄晓彬：板桁组合桥车桥动力分析模型简化方法43板桁组合桥车桥动力分析模型简化方法黄晓彬(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司．上海200092)【摘要】以上海闵浦二桥为工程背景，基于梁格法理论，探索了建立大跨度板桁组合体系桥梁车辆一桥梁系统耦合振动分析模型的快速合理的等效简化方法，阐述了此类桥梁的动力特性以及各部分构件对桥梁动力特性的贡献。分析结果表明等效前后的模型在动力特性方面具有良好的一致性，等效后的模型可用于车桥耦合振动分析，为建立该类桥梁车桥耦合振动分析的简化模型提供了一种简捷的方法。【关键词】板桁组合体系桥梁；车桥耦合振动；简化；梁格法；动力特性【中图分类号】T

2、U311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)09—0043—03对于一些大跨度桥梁，尤其像板桁梁体系桥梁，其构件结构动力特性的一致性，因此等效工作主要是对结构刚度众多，且含有板单元，若对其进行精确的有限元模拟，其模和质量进行等效。型的节点、单元数众多，进行车桥耦合振动分析将花费很大板桁体系是一种新型组合结构体系，为便于进行结构的代价。因此，进行一定的等效简化处理是十分必要的。静力分析，通常将主梁分为三个结构体系j：①桥面板作为本文欲结合实桥的动力等效分析，阐述此类桥梁的动力特主梁上翼缘板的主梁体系；②桥面板与纵横梁共同组成的性以及各部分构件对桥梁动

3、力特性的贡献，探索该类桥梁桥面体系；③支承在纵、横梁上的连续各向同性桥面板。已车桥耦合动力分析的快速合理的等效简化方法。有的研究表明第一、第二体系的内力对板桁体系总体的内1等效简化的理论基础力贡献最大，故研究者一般用梁格法分别对这两个体系进车桥振动分析主要关注的是桥梁、列车耦合体系在列行简化分析。在第一体系简化时，等效桁架的刚度，由主桁车通过时的动力性能，其中桥梁部分动力响应可由主要承上弦杆杆件截面和按有效宽度计算的桥面板截面构成的组重结构的响应来体现。因此，在进行板桁梁体系桥梁建模合截面计算得出J。在第二体系简化时，可把板从肋的中时可将一些构件如桥面板、小横梁、桥墩和桩基

4、等进行等效间分开并归到纵横梁上成为一格子梁体系。对于第三体系简化处理，其中最为复杂的是正交异性桥面板的等效简化。的简化，可以参考梁格法理论，将带加劲肋的桥面板分别等目前对正交异性板进行静力解析分析普遍采用的是梁效为纵横两个方向的梁单元，其中横向等效时可以根据需格法⋯，即将原型结构用等效的梁格来代替。在板桁梁的要增加只提供刚度而无质量的虚拟梁。梁格简化相关理论车桥耦合振动分析的等效简化过程中，最重要的便是保持是完全可以适用到板桁体系的动力简化分析的。阶一、—，／／／／／／I一～⋯⋯⋯，’～⋯、～、～⋯n●fllI辅通航孔：l=itl~t,。‘皿ⅢImIl＼JIilil／r而删

5、图1闵浦二桥立面布置图／m图2闵浦二桥标准横断面图／tam2应用实例闵浦二桥为独塔双索面连续钢桁梁斜拉桥，这种设置2．1工程概况钢桥面板的钢桁梁斜拉桥较少采用。该桥主桁、上下桥面上海市闵浦二桥(图1、图2)是上海市轨道交通五号线板、桩基础构件众多，要精确模拟势必会造成有限元模型十延伸段跨越黄浦江的一座公轨两用独塔双索面连续钢桁梁分庞大，严重影响车桥耦合振动动力迭代分析的速度。因斜拉桥。主桥全长436．65m，边跨设置辅助墩，跨度布置为此，本文根据按前面阐述的等效简化原理并借助具体的有38．25+147+251．4m。加劲梁采用钢板桁结合梁形式，矩限元软件对精确桥梁模型进行等

6、效简化。形断面，三角形桁架，上、下层桥面为正交异性钢桥面，桥面2．2桥梁结构精细模型的建立宽23．04m。设计活载为公路一I级荷载和双线轨道交通轻分别采用大型通用有限元软件ANSYS和MIDAS建立轨荷载，上层为公路双向四车道，下层为轨道交通。结构的精细模型，用板单元模拟钢桥面板，梁杆单元模拟主低温建筑技术2011年第9期(总第159期)桁杆件、拉索和主塔，在此基础上进行动力特性分析。两种度、竖弯刚度对体系的轴向刚度及竖弯刚度也有较大的贡软件的自振特性分析结果对比见表1。两者误差都在5％献。等效实验中发现：横梁、副横梁的横弯刚度，弦杆、小弦内，两个模型有很好的一致性，其分析

7、结果可作为等效简化杆的轴向刚度对体系的轴向刚度有较大贡献，其中又以前分析的参照，本文采用ANSYS软件计算结果作为参照。者居多；弦杆、小弦杆的竖弯刚度和轴向刚度对体系的竖弯2．3钢桥面板桁体系等效简化刚度有较大贡献，其中又以前者居多；弦杆、小弦杆、横梁和根据正交异性板梁格法等效的理论，板桁体系在动力副横梁的横弯刚度对体系的横弯刚度均有较大的贡献；弦分析等效简化时最重要的是保持结构的动力特性，因此进杆、小弦杆的抗扭刚度对体系的扭转刚度贡献较小，主要由行结果核对时选用自振频率作为等效的评价指标。为使等杆件的抗弯刚度提供