基于有限元的外倾式双索面矮塔斜拉桥动力特性参数敏感性分析.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:山西交通控股集团有限公司科技项目()作者简介:关 伟()男陕西户县人教授级高级工程师文章编号:()基于有限元的外倾式双索面矮塔斜拉桥动力特性参数敏感性分析关 伟王奎涛宋 磊(山西省交通规划勘察设计院有限公司山西 太原)摘要:为研究外倾式双索面矮塔斜拉桥结构动力特性及影响该种桥型结构动力特性的参数敏感性本文基于浮山丞相河特大桥 外倾式双索面矮塔斜拉桥实例工程采用/有限元软件对实例工程进行建模在成桥状态工况下对主桥结构进行动力特性分析同时选取主塔外倾角度 、桥塔无索区高度 、桥塔纵桥向长度 等影响结构动力特性的参数进行对比分析得出影响结构动力特性的敏感参数可为同类型桥梁在结构
2、设计时提供参考关键词:外倾式双索面矮塔斜拉桥动力特性振型中图分类号:.文献标志码:在车辆荷载、人群动荷载、风力及地震地面运动作用下桥梁结构会产生振动结构内力会增大结构振动会使结构局部产生疲劳损伤或会形成影响桥上行车的舒适及安全的震动变形和加速度严重时会使桥梁产生破坏 常规较为常见的矮塔斜拉桥桥塔形式是竖直桥塔其桥塔结构为面内受力结构而外倾式矮塔斜拉桥桥塔是一种新型的桥塔造型目前国内该类型桥塔造型较少 外倾式桥塔可以从美学上满足环境对桥梁的特殊要求造型独特、结构新颖、轻巧、灵动且易于与周围环境融为一体其景观性较强 桥梁结构的动力性能与结构体系、质量分布、刚度、约束条件等因素有关但外倾式桥塔结构受
3、力为空间受力体系其结构动力性能更应关注本文以浮山县丞相河特大桥外倾式双索面矮塔斜拉桥为例对影响该种桥型动力特性的结构敏感性参数进行分析可为同类型桥梁在结构设计时提供参考 计算理论桥梁结构线性动力有限元三维自由振动方程以矩阵形式可表达为.()式中:、分别为结构总质量矩阵、总刚度矩阵 .、分别为结构加速度列向量、位移列向量 对于外倾式双索面矮塔斜拉桥分别建立桥梁总质量矩阵、总刚度矩阵则可得到该桥梁自由振动特征方程为 ()式中:为结构振动的特征值 为与 对应的特征向量及结构振型 结构动力特性常用求解方法有瑞莱法、李兹()法、渐进法、等值梁法、雅克比法、子空间迭代法等本文采用子空间迭代法求解结构的固有
4、频率及振型 结构有限元模型分析丞相河特大桥主桥为双塔斜向双索面 矮塔斜拉桥跨径为 主桥结构支撑体系为塔梁墩固结方式、分联墩处设置盆式滑动支座主梁采用挂篮悬浇施工 主桥箱梁采用单箱双室直腹板截面桥面顶板宽 箱梁两侧翼缘宽第 卷 第 期 年 月兰州工业学院学报 .度各为 主梁顶板设置.的横坡箱梁底板水平 箱梁跨中梁高.主墩顶梁高 箱梁梁高及底板厚度按.次抛物线变化 斜拉索扇形锚固于箱梁两侧横肋的边缘位置索面呈外倾状 桥塔外观正立面呈 形主塔横向分左、右两肢上、中、下横梁连接桥塔左右两肢上塔柱与竖直方向成 夹角塔顶每肢横桥向宽.纵桥向宽 塔底截面横桥向按照 纵桥向按照 坡率变化 过渡墩采用与主塔下塔
5、柱结构类似的双柱式矩形截面空心墩断面为单箱单室箱型结构主桥结构采用空间有限元计算软件 进行建模模型以顺桥向为 轴横桥向为 轴竖桥向为 轴 采用三维空间 节点 自由度空间梁单元模拟主梁、桥塔及桥墩等考虑主塔的 效应 采用桁架单元模拟斜拉索基础均采用群桩基础塔底、墩底与承台中心节点刚性连接承台底中心节点与桩基础刚性连接桩基础采用等代土弹簧模拟法进行等代土弹簧刚度采用 法计算 桥梁结构的刚度及质量分布均按实桥进行模拟全桥共划分 个单元 个节点主桥结构有限元模型如图 所示图 结构有限元模型 结构动力特性分析结构系统自由振动的频率和相应振型是结构体系的重要动力特征同时它对于求解结构的动力反应如抗震、抗风
6、响应具有十分重要的意义 针对外倾式双索面矮塔斜拉桥结构固有振动考虑单因素影响下结构动力特性取主桥成桥状态对结构进行自振特性计算计算结构前 阶自振特性提取主桥结构线性动力计算模型前 阶代表性频率、周期如表 所示结构前 阶振型如图 所示表 结构自振特性振型阶数频率/周期/振型特征.主梁纵飘桥塔纵弯.桥塔、边墩与主梁对称横弯.桥塔、边墩与主梁反对称横弯.桥塔纵弯、主梁竖弯(对称).边墩纵弯图 结构振型 从表 和图()、()可以看出主桥成桥状态下结构纵向刚度小于横向刚度结构一阶振型表现为主梁纵飘及桥塔纵弯桥塔刚度在设计时应予以高度重视同时桥塔刚度在主梁悬臂施工阶段尤其在主梁最大悬臂阶段时更应重视 从结
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