某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析.pdf
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1、1 4 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章 编号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 1 4 - 0 3 某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析 李 闯 , 唐 英 ( 1 中国铁道科学研究 院 研究生部 , 北 京 1 0 0 0 8 1 ; 2 中铁西南科学研究 院 ,四川 成都6 1 0 0 3 1) 摘 要 : 首先利 用 M I D A S C i v i l 软件 , 对 浙 江绍 兴 一 新 建 飞 燕 式钢 管混 凝 土 系杆拱 桥 的成 桥 进 行 建模 计 算 , 得 出理论 计 算 自振 频
2、率和振 型 ; 然后 通过荷 载 试验测 试 , 得 到成桥 结 构的 实测 自振 频 率和振 型 ; 最后 结合理 论计 算与 实测结 果分析 本桥 的动 力特性 和 动力响应 , 得 出本桥 梁结构 的动力特 性优 良, 满足设 计 要 求的结论 。 关键 词 : 飞燕式 钢 管混凝 土拱桥动 力特性 试验 自振 特性模 态分析 中 图分类 号 : U 4 4 8 2 2 5 ; U 4 4 6 1 文献标 识码 : A 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
3、 墩 及 系 杆 四大部分组成。主跨为中承式钢管混凝土拱 , 跨度 较大 , 矢跨比也较大; 两边跨为半跨悬臂上承式拱, 跨 度较小 , 矢跨 比也较小 ; 主跨 、 边跨拱脚均固结于桥墩 , 通过锚固于两边跨端部 的系杆 ( 索) 来平衡主拱的大 部 分水 平推 力 。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 面 的文 献 报 道 较 多 , 而对 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 以一座新 建 五跨
4、连续 自锚 飞燕 式钢 管混凝 土 系杆拱 桥为研究对象 , 通过对成桥后 的动载试验 , 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 桥梁结构概述 本新建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 的三跨连拱中承式钢管混凝土系 杆拱桥。跨径为 4 0 m+ 31 8 5 m+ 4 0 m, 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 m, 设 1 5 横坡 , 双向 2 1 纵坡 , 中 跨跨中设 R=4 0 0 0 m 竖 曲线 。设 计车 辆荷载 为汽 超一 2 0,
5、 挂 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。系杆采用欧维姆公 司生产的 O V MX G 收稿 日期 : 2 0 1 1 0 8 1 9 ; 修回 日期 : 2 0 1 1 - 1 0 0 8 作者简介 : 李闯( 1 9 8 3 一 ) , 男 , 河南泌 阳人 , 硕士研究生。 K 1 5 3 7 B型环 氧喷涂钢 绞线成 品索 , 钢 丝公称 强度 1 8 6 0 MP a。 吊杆 为可 换 式 双 吊杆 。规 格 为 28 5 6 7 , 钢 丝公 称强 度 1 6 7 0 MP a , 外包 P E护套 。
6、2 理论计算和动力性能试 验 2 1 理论 计算 1 ) 模态分析理论 模态分析是进行动力响应分析 的基础 , 钢管混凝 土拱桥模态分析通常采用有 限元法, 求解结构 的 自振 频 率和 振型 。 模 态理论 是运 用 固有 振 型 矩 阵 的正 交 性 , 对 振 动 系统运 动微分 方程 的各 系数 矩 阵解 耦 , 使各 系数 矩 阵 对角化 , 从而使多自由度的复杂结构成为多个单 自由 度系统的叠加 。无阻尼 自由振动体系的运动方程 mi g ”+k u =0 ( 1 ) 式中, m, k分别为系统的总质量矩阵 、 刚度矩阵 ; U为 系统 自由度 的广 义坐标 列 阵 。 式 ( 1
7、 ) 的通解 为 l f=As i n ( +0 ) ( 2) 系统 的特征 方程 为 一 Ca ) m =0 ( 3 ) 由式 ( 3 ) 求出系统的固有频率 =2 ( i= 1 , 2 , 3 , , n ) ( 4 ) 根据以上模态理论的基本方程来研究桥梁结构的 自振特性 , 首先应建立桥梁的空间力学计算模型, 然后 计算 出结构各阶的振型、 频率等主要模 态参数来进行 分 析 。 2 ) 建立计算模型 4 根 据本桥 的结 构 形 式 和 受 力 特 点 , 利 用 MI D A S 2 0 1 2年第 1 期 某飞燕式钢管混凝 土系杆拱桥动力特性分析 1 5 C i v i l 建立
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