大跨径钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析.pdf
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1、5 2 桥梁结构 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 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 3 1 2 0 7 1 ) 摘要 : 该文 介绍 了利用 MI D A S C i v i l 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 ,
2、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: U 4 4 8 2 2 + 5 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 0 0 5 2 - 0 2 0 前 言 钢管混凝土系杆拱桥的出现顺应 了拱桥不断 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
3、, 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 面的文献报道已较多, 但对成桥后结构自身固有动 力特性进行分析的文献还较少 。本文 以绍兴市袍 江大桥( 五跨飞燕式钢管混凝土拱桥 ) 为研究对象, 通过对成桥模态试 验 , 得 出其 自身 的动力特性 , 并 结合理论计算分析 ,评定成桥 的结构特性和设计 效果 1 桥梁概 述 袍江 大 桥位 于浙 江 绍兴 袍江 经 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 4 0 m + 3 X 1 8 5 m
4、+ 4 0 i n , 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 4 5 I n , 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 2 0级 , 挂 车一1 2 0 , 人群活载为 4 0 k N 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 。 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 MI D A S C i v i l 建立桥梁的空间分析模 型 ,如 图 1 所 收稿 日期 :
5、2 0 1 2 一 O 1 一 O 9 作者简 介: 宋 晓妤 ( 1 9 6 9 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 。 示。 模型中采用梁单元和板单元模拟主拱 、 边拱及 吊 杆横梁和桥面系; 采用只受拉单元模拟 吊杆和系杆。 在计算中将两根相邻的吊杆简化为一根处理。 图 1 MI D A S C i v i l 飞 燕 式 钢 管 混 凝 土 拱 桥 模 型 2 2 模态分析 利用 MI D A S C i v i l 软件模态分析功能 ,提取该 桥前 5 阶模态参数( 频率、 振型) 。 该桥前 5 阶模态参 数见表 1
6、所示 , 前 5阶振型如图 2 6所示 , 包括面 外一阶对称模态、 面外一阶反对称模态、 面内一阶反 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 图 2面外一 阶对称振型 图 图 3 面外 一阶反对称振 型图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 3 月第 3 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 5 3 图 4 面 内一 阶反 对称振型 图 图 5 面 内扭转 振型 图 3 脉动试验 图 6 面 内一 阶对称振 型图 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
7、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 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。 通过对采集到的脉动信号进行剪切 、 滤波 、 加 窗 、 细化等处理 , 经频域和时域分析 ,得到 了该桥 中跨结构前 5阶 自振频率和振型 。实测 自振频率 列于表 2 , 振型如图 7 图 l l 所示 。 表 2实测成桥 状态 自振 频率及振 型特征( 前 5阶) 一 览表 I , 一 , 、 、 一 一一 _ _ y 一 一 图 7 面 外一 阶对 称模态 图 8 面外 一阶反对称模 态 图 9 面 内一 阶反对 称模态 图 1
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