大跨度变截面梁沿导梁推送架设时的振动响应分析

导梁 分 为 ４ 个 中间导 梁 和 ２ 个 边导 梁 ， 采 用三 角桁 架 形式 ， 总长 ５ １ ｍ， 通 过导 梁外 滑 道 和桥 节滚 轮 内置
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — １ ２ — ２ ７ 作者 简介 ： 王建平 （ １ ９ ６ １ 一） ， 男， 教授 ， 博士， 研究生 导师 ， 长期从事军用桥梁设计 理论 与方法的研究 。
第３ ２ 卷第 ２ 期 ２ ０ １ ５ 年４ 月
华 东 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅａ ｓ ｔ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ． ， ２ ０１ ５
１ 大跨度拼装式桥 梁结构计算参数
大跨 度 拼装 式 桥 梁 由桥 节 和 导梁 组成 ， 桥节分为 ４ 个 中桥 节 和 ２ 个边桥节 ， 采用 三 角 桁 架 形 式 ， 总 长 ５ １ ｍ（ 见图 １ ） 。各桥 节 计算 长 均为 ８ ． ５ ｍ， 桥宽４ ｍ。桥节 结构 高 １ ． ６ ｍ， 中桥 节重 ６ ． ４ ｔ ， 边 桥 节重 ６ ． ２ ｔ 。岸 边
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２ ０ １ ５ 拄
于 桥 节 中（ 图２ ） 。中 、 边 导 梁计 算 长 为 ８ ． ５ ｉ ｎ ， 重约 ２ ． ２ ｔ 。导 梁 的 导 轨选 用 １ ８ Ｍｎ ２ Ｃ ｒ Ｍｏ Ｂ Ａ制 作 ， 桁 架 选用
Ｂ Ｓ ７ ０ ０ 制作 。
文章编 号 ： １ ０ ０ ５ ． ０ ５ ２ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ ． ０ ０ ２ ３ — ０ ６
大 跨度变截面梁沿导梁 推送 架设时的振动 响应分析
王建平 ， 黄逸辉 ， 郑 峰
（ 解放军理工大学野 战工程学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ）
摘要 ： 大跨 度拼装 式桥 梁是 一种 沿导 梁推 送 架设 的应急桥 梁 ， 其动 力响应分析 属于 变截 面梁在推送移动 状 态下的振 动响应
ｙ （ ｘ ， ｔ ） ＝ Ｖ （ ｘ ） ｓ ｉ ｎ （ ｗ ｔ ＋ Ｏ ｔ ）
和 动 力 响 应 分 析 提 供 技 术 支持 。
关键词 ： 变截 面梁； 推送架设 ； 振 动响应 ； 瑞利 分析 法 ； 环境激励 与测试 ； 有 限元分析
中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ５ 文献标 志码 ： Ａ
大跨度拼装式桥梁是一种现场拼装平推架设 的应急桥梁 ， 其架设过程 主要分为桥段在架桥车上悬臂 拼装 、 导梁悬臂推出、 变截面梁沿导梁推送等三个 阶段 ， 其均为时变结构体系 ， 尤其是变截面梁沿导梁推送 架设时的结构变化较为复杂 。因此对此阶段结构体系的动力响应进行分析 ， 是十分必要 的ｎ 。 大跨度拼装式桥梁的振动动力特性可 以用模态来表示 ， 表征结构振动模态的特征参数有各 阶固有频 率、 固有振型 、 模态质量 、 模态刚度和模态阻尼等 ， 这些参数是 由结构形式 、 材料等决定 ， 与外荷载无关。通
桥节与中间桥节结构相似 ， 其侧视 图为楔形 ， 大端 与中间桥节 同高 ， 小端高 Ｏ ． ５ ５ ｍ 。桥节材料为 Ｂ Ｓ ７ ０ ０ ， 连
接材 料 为 ３ ０ Ｃ ｒ Ｍｎ Ｓ ｉ 。
０
图 １ 大 跨度 拼装式桥 梁 （ 单位 ： ｍ）
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｌａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｐ ａ ｎ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｅ ｄ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ
分析 。首先 利用瑞利 法建立该 工况下的动 力学方程 并求解 ， 再利 用空间有限元 法建立振动 系统模 型并进行 数值计算 。 最后 利 用基 于无 线传输方 式的环境激励 测试 系统进 行测 试并分析 ， 三者 结果 吻合较好 ， 得到 了外界激励应避 开一 阶竖向或横 向 固有频 率、 结构体 系竖 向振 幅远 大于横 向、 架设设备 两侧 机构不均衡会 导致 扭转振动等结论 ， 为 大跨度拼装 式桥 梁架设使 用
中质 量 ， ， ． ． ． ， ， ， 在 坐 标 ， ， Ｘ Ｎ 处 有 刚度
１ Leabharlann ： 款一 ｌ
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为 ， ， ． ． ， ｋ Ｎ － ｌ ￣ 的线性弹簧。
考虑无阻尼 自 由振动 ， 梁的横向弹性位移 ｙ （ ｘ ， ｔ ）
可 以 由下 式表示
ｍ （ ｘ ） ＝ ｐ Ａ （ ）
图 ２ 大 跨 度 拼 装 式桥 梁 沿 导 梁 推 送 架 设
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｐ ａ ｎ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｅ ｄ ｂ ｉｄ ｒ ｇ ｅ ｐ ｕ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｂ ｅ ａ ｍ
过瑞 利 法建 立 变 截 面梁 沿导 梁 推送 架设 的动 力学 方程 ， 得 到前 几 阶结 构 固有振 型 ， 再通 过 有 限元法 建 立变
截面梁沿导梁推送架设阶段的有 限元动态分析模型 ， 计算结构 的各阶频率和振型 ； 采用无线环境激励模态
测试 分 析 系统 对该 工 况进 行 模态 试 验 ， 将试 验 结果 与 数值 模 拟结 果进 行 对 比分 析 ， 确定 各工 况 结构 的动力 特性 ， 验 证 有 限元 模 型 的准 确性 ， 掌握 该 工况 下 的结 构振 动规 律 和特性 。
桥节 和导 梁 的具 体截 面形 状及 尺寸 见参 考文 献 ［ ３ ］ 。
２ 变截面梁沿导梁推送 时的瑞利法
２ ． １ 振动 响应 的瑞 利方 程
根 据瑞利 法 ］ ， 图３ 所 示一 根变 截 面 的梁 ， 单 位 长
度上的质量为ｍ （ ｘ ） ＝ ｐ Ａ ｘ ） ， 在坐标 ， 戈 ， ． ． ． ， ， 处有集