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1、某鋼管混凝土拱橋自振特性分析仇帥(河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司,河南鄭州450007)摘要:采用有限元軟件ANSYs,對一座下承式鋼管混凝土橋的自振特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:該下承式鋼管混凝土拱橋主要為橋面及拱肋橫向振動、整體豎向振動和扭轉(zhuǎn)掭動三種振動形式,且振型越往后越復(fù)雜;該橋梁的橋面、拱肋的橫向振動以及整體豎向振動、扭轉(zhuǎn)振動,英相鄰模態(tài)頻率幾乎接近,與其它該類橋梁大為不相同。另夕卜,通過各種設(shè)計參數(shù)的改變,對自振特性進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),考慮自重及改變混凝土彈性模量對結(jié)構(gòu)自振頻率影響不大;減少橫撐則影響高階模態(tài)振型
2、;矢跨比對其自振頻率的影響不大,但對振型的影響卻不盡相同。關(guān)鍵詞:粘彈性阻尼器;參數(shù)優(yōu)化;LQR算法;振動控制中圖分類號:U“8.22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1672—40n{2012)05一0089一030前言橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性是其動力性能分析的重要參數(shù),它包括自振頻率、振型及阻尼比等,反映了橋梁的剛度指標(biāo)。它取決于結(jié)構(gòu)的組成體系、剛度、質(zhì)量分布以及支承條件等,它對于正確地進(jìn)行橋梁的抗震設(shè)計、車振分析及抗風(fēng)穩(wěn)定性分析都有著重要的意義。從而可以定性和定量地判別結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變。l模型建立1.1工程背景該橋為一座下承式
3、鋼管混凝土拱橋,采用剛架系桿拱體系,單跨125m共兩跨;拱軸線為懸鏈線,拱軸系數(shù)m=1.1,矢跨比為1/5,拱肋截面采用啞鈴形,高度為3m,水平方向的兩鋼管用綴板聯(lián)成一體,豎向的鋼管之間設(shè)豎直腹桿和斜桿。在上、下弦桿主管,綴板內(nèi)腔充填50號混凝土。主橋主要由拱肋、吊桿和橋面系三部分組成,橋面系包括水平系桿梁、端橫梁、中橫梁和預(yù)制板,為一柔性吊桿剛性拱的空間整體受力結(jié)構(gòu)。計算采用的初始常數(shù)為:鋼材的彈性模量為E=2.1x105MPa,鍍鋅鋼絲的彈性模量為E=1.9x105MPa,50號混凝土彈性模量為E=3.5×10
4、4MPa,鋼材的密度取7850kg/m3,混凝土密度取2600k∥矗。橋面鋪裝層和橋面其他構(gòu)造的質(zhì)量計人橋面板的密度中,以考慮其質(zhì)量對自振特性的影響,目的是保證自振特性計算的正確性。1.2有限元模型為了確定橋梁的振動特性,采用有限元結(jié)構(gòu)分析通用軟件ANsYS進(jìn)行計算。在橋梁的有限元建模中,系桿、橫梁、拱肋和橫撐等構(gòu)件采用空問梁單元BEAM44;吊桿以作者簡介:仇帥(1979一)男,本科,助理工程師,主要從事橋梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理工作。及水平索(系桿)采用只承受拉力的空間桿單元uNKlo;把板肋看作橋面系的縱梁,用空
5、間梁單元BEAM“模擬,而橋面系用空間粱格法模擬,拱腳與地面交接處為固結(jié),邊跨板梁與引橋交接處視為鉸結(jié)。空間有限元模型如圖1所示。(a)整橋模型2計算結(jié)果分析(a)橫粱截面圖1有限元模型2.1本模型計算結(jié)果及分析計算模態(tài)數(shù)量取前30階,計算結(jié)果如表1所示,這里只列出部分頻率。振型圖如圖2所示。如表1所示橋梁前15階振型的振動特征和圖2所示振型圖可以看出,該下承式鋼管混凝土拱橋的振型比較復(fù)雜,總的來看,具有下列幾個方面的特點。(1)計算表明振型越往后的振型越復(fù)雜。(2)橋面豎向振動表現(xiàn)為下承式鋼管混凝土系桿拱橋梁體系
6、的整體豎向振動。(3)橋梁的橋面、拱肋的橫向振動以及整體豎向振動、扭轉(zhuǎn)振動,其相鄰兩階頻率幾乎接近,與其它該類橋梁相比是不相同的。(4)豎向振動頻率比一般下承式鋼管混凝土拱橋大。表1橋梁自振頻率和振動特征表2各橋一階橫向、豎向頻率表振型階數(shù)頻率(Hz)振動特征1O.3975橋面橫向l階振動,拱肋不動2O.3978橋面橫向2階振動,拱肋不動3O.5526拱肋橫向1階振動,橋面不動4O.5549拱肋橫向2階振動,橋面不動5O.6406豎向1階振動,無橫向及扭轉(zhuǎn)6O.8023橋面橫向3階振動,拱肋不動70.8098橋面橫
7、向4階振動,拱肋不動8O.9788豎向2階振動,無橫向及扭轉(zhuǎn)9O.9918豎向3階振動,無橫向及扭轉(zhuǎn)lO1.0336l階扭轉(zhuǎn),無橫向振動111.11392階扭轉(zhuǎn),無橫向振動121.2033橋面橫向5階振動,拱肋不動131.2150橋面橫向6階振動,拱肋不動141.4089豎向4階振動,無橫向及扭轉(zhuǎn)151.4878豎向5階振動,無橫向及扭轉(zhuǎn),=0.6406廠=O.8023,=O.8098圖2振型圖2.2計算結(jié)果比較表2列出了相關(guān)文獻(xiàn)記錄的關(guān)于鋼管混凝土橋梁的橫向及豎向基頻Ⅲ,從表中可以看出,相同結(jié)構(gòu)形式的橋型其一基頻
8、隨著跨徑的增加而降低;相同跨徑不同橋型之間,下承式拱橋的基頻比上承式、中承式的要小?;l(Hz)橋名跨度(m)結(jié)構(gòu)形式橫向豎向廟溝大橋76上承式2.721,25福州解放大橋80中承式O.721.56蓮沱河特大橋114中承式剛架系桿拱O.591.04石潭西大橋136中承式1.241.25瓷都大橋150中承式1.041.32深圳北站大橋150下承式剛架系桿拱O.