独塔双索面斜拉桥动力特性分析

5 结论
（1） 全桥一阶频率为 0.6936Hz，即周期为 1.4417s （T＜6s)，属于短周期范畴，自振特性与传统的柔性体系 的斜拉桥有明显的不同。
（2） 由于主梁抗扭刚度较大，拉索提供了一定的抗 扭刚度，主梁的扭转振型出现的较晚，保证了主梁的横 向刚度。
（3） 通过谱分析，考虑地震的纵向、横向、竖向输 入，分析了本桥在频遇地震、多遇地震、罕遇地震下的 抗震性能，验证了地震荷载不作为控制设计的因素。
图 1 营口民生路大桥总体布置图
该桥模型采用空间有限元程序建立，计算模型的模 拟着重于结构的刚度、质量和边界条件，而且应当尽可 能地与实际结构相符。结构的刚度的模拟主要是指杆件 的轴向刚度、弯曲刚度、剪切刚度、扭转刚度等；结构 质量的模拟主要是杆件的平动质量和转动惯量的模拟； 边界条件的模拟主要包括支座的形式、基础的形式等。
（2） 左主洞开挖：主洞开挖台阶法，围岩一侧光面 爆破、中导一侧松动爆破，非电毫秒雷管起爆系统爆 破。爆破后及时初喷混凝土 4cm 封闭，钢筋格栅纵向间 距 100cm，纵向采用 Φ22mm 钢筋联结，联结筋环向间
距 100cm，钢筋与钢架焊接牢固。 系统锚杆为 Φ22mm 组合注浆锚，长度 3.0m，纵、
输入下该桥的地震响应，分析了其抗震性能。计算结果表明，本桥的杭震能力是有保证。
关键词：独塔斜拉桥；双索面；有限元模型；动力特性；谱分析
中图分类号：U448.27
文献标识码：B
1 工程概况
2 有限元模型的建立
营口民生路大桥主桥为单弯塔双索面预应力混凝土 斜拉桥，塔梁墩固结，主跨 76m，背跨 60.5m，桥长 136.5m，桥面宽 35m，双向六车道，主跨主梁截面为双 实心边主梁大悬臂截面 （Π 形梁），主梁中心高 1.90m， 顶板宽 35.0m，悬臂长 3.25m，实心梁宽 3.0m，0# 节段 实心梁宽 4.0m，实心梁间顶板厚 0.28m；背跨部分梁段 由于配重的需要而增设底板形成箱形截面。
（3） 左主洞施工：主洞开挖台阶法，先开挖上半断 面，初喷混凝土、支立钢架、安装系统锚杆、挂网、喷混 凝土。再开挖下半断面，支立仰拱钢架、挂网、喷混凝土。 3.5 Ⅲ级围岩段施工
（1） 中导洞开挖：中导洞全断面光面爆破，非电毫 秒雷管起爆系统爆破。爆破后及时喷混凝土至设计厚 度。局部围岩失稳采用 Φ22mm 药卷锚杆，长度 2.0m， 环向间距 100cm，纵向间距 100cm，梅花型布置，挂 Φ8mm 钢筋网片，锚喷支护。
结构自振周期是结构本身固有的，它们取决于结构 的组成体系、刚度、质量的分布以及支承条件等。结构 自振频率和振型的计算最终可归结为广义特征值问题， 即：（[K]-ω2[M]){φ}={0}。式中[K]和[M]分别是结构的刚度 矩阵和质量矩阵。
求解特征值问题的方法很多，常用的有逆迭代法、 行列式搜索法、广义雅可比法、子空间 （Subspace) 迭 代法、Lanczos 法、Power Dynamic 法、缩减法等。其中 子空间迭代法是求解大型系统部分低阶特征对的有效方 法，对于初始迭代向量的选取要求不高，能充分利用刚 度矩阵和质量矩阵的稀疏带状性质；另外，子空间法适
2003，1:134-137. [6] Fleming.J.F，Egeseli.E.A. Dynamic behavior of a cable stayed bridge
[J].Earthquake & Structural Dynamics，1982，8:1-16. [7] JTJ 004-89，公路工程抗震设计规范.
桥面系的模拟采用目前最常使用的脊梁模式，它把 桥面系的刚度和质量都集中在中间节点上，节点和斜拉 索之间通过刚臂连接。建模时，主梁、主塔、墩、桩均 采用三维梁单元；拉索采用索单元，并且可以考虑拉索 的初拉力，不考虑单元抗拉刚度；承台采用板单元。全 桥共 835 个节点，800 个单元。
3 动力特性比较
研究.现代隧道技术，2005(6)：1-4.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第 166 页）
组合Ⅰ：Ex+0.67Ez（纵向+0.67 竖向） 组合Ⅱ：Ey+0.67Ez（横向+0.67 竖向） 经验算，营口民生路大桥在地震作用下的反应值均 小于结构静力计算的控制值。所以地震荷载不控制该桥 的设计。
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独塔双索面斜拉桥动力特性分析
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苗 峰 ，张 哲 ，赵维贺 ，叶 毅
（1.大连理工大学桥梁工程研究所，辽宁 大连 116023；2.北京市市政工程设计研究总院，北京 100082）
摘 要：斜拉桥的动力特性分析是研究斜拉桥动力行为的基础，其自振特性决定其动力反应的特性，单塔斜拉桥
作者简介：苗峰 （1981-），男，辽宁大连人，博士在读，研究方向为桥梁工程。
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桥隧工程
用于提取大模型的少数模态 （40 阶以下)，所以本文采 用此法。
对于斜拉桥结构，其一阶纵漂频率、一阶竖弯频 率、一阶侧弯频率和一阶扭转频率对结构的抗风、抗震 性能具有重要的意义。民生路大桥前 10 阶的自振频率 和振型特征如表 1。
5 结语
塘坳双连拱隧道的成功实例可以为其他类似工程的 设计与施工提供有益的参考和借鉴，并在隧道的设计施 工中解决了中洞天梁位置 V 型结构处形成人为积水区 的永久隐患。
其次，建造联拱隧道工序繁琐，有必要研究如何在 确保安全稳定的同时减少工序和缩短工期的施工方案等 等。
参考文献：
[1] 中国铁二院.塘坳隧道施工图设计.2005. [2] 李云涛.双联拱隧道施工.西部探矿工程，2005(3)：98-100. [3] 夏永旭，王文正，胡庆安.围岩应力释放率对双联拱隧道施工影响
斜拉索采用双索面扇形布置，采用 Φ7 镀锌平行钢 丝索，主跨梁上索距 6.0m，背跨梁上索距 3.8m，全桥 共 18 对索，每对斜拉索与主梁相交处均设 0.3 厚的预应 力混凝土横梁。
主塔采用 C50 混凝土，主塔为预应力混凝土结构的 曲线塔，桥面以上垂直高度为 51.8m，主塔采用变截面 实心矩形，塔上索距 2.2～2.6m。民生路大桥总体布置如 图 1 所示。
环向间距 100cm，梅花型布置，锚杆尾端与钢架焊接牢 固。主洞钢筋网采用 Φ8mm 钢筋制作，网格间距 25cm× 25cm。钢架、系统锚杆、网片安装完成后，覆喷混凝土 至设计厚度。
4 右洞开挖
右洞开挖是在左主洞初期支护仰拱完成后进行，并 且根据左洞现场监控量测数据决定，收敛和拱顶下沉控 制在 5mm 以内，如果发生突变，立刻停止右洞开挖。 右洞开挖支护方法同左洞，开挖第一步需滞后左洞仰拱 初期支护 30m。
从表 2 中可以看出，在不同的地震条件下，纵向输 入和竖向输入时对主梁竖向位移的影响较为显著，在纵 向输入时塔顶的纵向位移反应较显著，所以对于主梁的 竖向位移反应和主塔的纵向位移反应要重视，而横向输 入下，主梁的竖向位移反应可以忽略。本桥分析时取入 下地震输入组合，表 3 给出了按规范进行组合的地震反 应的内力结果。
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表 3 结构主要部位的内力组合
4 地震反应分析
根据反应谱理论分析民生路大桥的地震响应，反应 谱方法的特点是可以利用较少的计算量获得结构的最大 反应值，分别计算了频遇地震 （小震）、多遇地震 （中 震）、罕遇地震 （大震） 情况下结构的地震响应。
图 2 Ⅳ类场地土标准反应谱
桥址处基本烈度为 7 度，计算时提高 1 度，按 8 度
表 1 营口民生路大桥自振频率和振型特征
设防，场地土偏于保守地按Ⅳ类场地土考虑，反应谱采 用Ⅳ类场地土的标准反应谱作为谱曲线进行分析，Ⅳ类 场地土标准反应谱的谱曲线见图 2；取前 30 阶振型进行 组合，就某一方向的反应值而言，采用的是 SRSS 的振 型组合方法。计算得到各主要部位地震反应位移峰值见 表 2。
作为一种新型的斜拉桥结构形式，其动力特性不同于传统的双塔斜拉桥。文章应用大型有限元程序 Midas/Civil 对
营口民生路大桥进行动力分析，得到了非对称弯单塔斜拉桥的一些动力特性，为同类型桥梁的动力特性分析提供
参考。采用标准反应谱作为输入的谱曲线，在频遇地震、多遇地震、罕遇地震情况下，考虑了纵向、横向、竖向
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钢架焊接牢固。钢筋网采用 Φ8mm 钢筋制作，网格间距 25cm×25cm。钢架、系统锚杆、网片安装完成后，覆喷 混凝土至设计厚度。
（2） 左侧壁开挖：侧壁开挖台阶法，围岩一侧光面爆 破、中导一侧松动爆破，非电毫秒雷管起爆系统爆破，爆 破后及时初喷混凝土 4cm 封闭。中导一侧 I16 型钢钢架， 型钢弯曲机弯制，围岩一侧用钢筋格栅，纵向间距 75cm， 纵向采用 Φ22mm 钢筋联结，联结筋环向间距 100cm。钢 筋与钢架焊接牢固。围岩一侧系统锚杆为 Φ22mm 组合注 浆锚，长度 3.5m，纵向间距 75cm，环向间距 100cm，中 导洞一侧采用 Φ22mm 药卷锚杆，长度 2.5m，环向间距 100cm，纵向间距 75cm，梅花型布置，锚杆尾端与钢架焊 接牢固。钢筋网采用 Φ8mm 钢筋制作，网格间距主洞侧 用 20cm×20cm，中导洞侧 25cm×25cm。钢架、系统锚杆、 网片安装完成后，覆喷混凝土至设计厚度。
参考文献：
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