猎德大桥动力特性分析
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ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ程 序 中 可选 的模 态分 析 方 法有 Ｌａｎｃｚｏｓ法 、子 空 间 迭代 法 和 多重 Ｒｉｔｚ向 量 法 。 其 中 ，Ｌａｎｃｚｏｓ法计 算 效 率 高但 算 法稳 定性 不够 ；子 空 间 迭代 法 则 应 用 广 泛 ，计 算 稳 定 性 和 可
桥面 系选 用脊 梁模 式 ，理 由如 下 ：① 采用脊 梁模 式 ，质量 靠 性 都 不错 ．但 速 度 较慢 ；多重 Ｒｉｔｚ向量 法与 子 空 间迭 代 法 的
ｌＯ阶 自振 频 率和 相 应 的振 型 ，为地 震 响应 分 析 提 供 了重 要依 据 。
【关键词 】猎德大桥 ；动力 ；分析
【中图分 类号 】Ｕ４４３
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】２０９５—２０６６（２０１６）Ｏ１—０１３２—０２
１ 引 言
在 车 辆 动 荷 栽 、风 力和 地 震 力等 动 力荷 栽 的作 用 下 ，桥 梁 结构 会 产 生 振 动 ．严 重 的 振 动 会 影 响 桥 上 行 车 的舒 适 与安 全 ， 剧 烈 的振 动 则 可使 桥 梁 结构 发 生 毁坏 因此 。对桥 梁 结构 进 行 动 力 特 性 分 析 ，对 于保 证 桥 粱在 设 计 使 用寿 命 周 期 内 ，在 可 能 发 生 的 动 力 荷 载 作 用 下 能 正 常 工 作 ．确 保 桥 梁 的安 全 、可 靠 都 具有 重要 的 意义 。 桥 梁动 力 特 性 主要 包括 自振 频 率和 振 型 ，它
２ 猎德大桥工程概况
猎 德 大桥 为 独 塔 四 跨 自锚 式 悬 索桥 ． 索塔 采 用 了独 特 的 贝 壳造 型 ，索塔 内部 为 多箱 室钢 筋 混 凝 土 结 构 。桥 塔 高 １２８ｍ，
别 建立 主 从 关 系 ．可 用刚 性 连 接 来模 拟 。 建 立 的 有 限 元 分 析 模 型 见 图 ２。 共 划 分 为 ４０４ 个 节 点 ，
Ｃｉｖｉｌ的 多重 Ｒｉｔｚ向 量 法对 该 桥 进 行 了 自振 模 态 分析 。 为 自锚
主 缆 与散 索鞍 及 主 梁锚 固点 的 连接 ：主 缆 经过 散 索鞍 转
式 悬 索桥 的 地 震 响 应 分析 提 供 了 重要 依 据 。
向后 ．分散 锚 固在 梁 的 端 部 ．主 缆 与散 索鞍 及 主 梁锚 固 点 应 分
４００个 单 元 。 其 中 ２８０个桁 架单 元 ，１２０个 只 受拉 单 元 。
其 中主 体 结 构 高 １０３ｍ。顶 部 装 饰 高 ２５ｒｎ。桥 塔 基 础 为 桩 径
２．５ｍ 的钻 孔 灌 注 桩 ，桩 长 为 １８－２９ｍ。主 桥 长 ４８０ｍ，跨 径 布 置
如 图 １所 示目 主 边 跨 均 采 用 钢 箱 梁 ．其 ４７ｍ 的 两 锚 固 跨 和 相
交通 环保
ＬｏＷ ＣＡＲＢＯＮ Ｗ ｏＲＬＤ ２０１６／１
猎 德大 桥 动 力 特 性分 析
陈书平 （湖南省高速公路管理局，湖南 长沙４１００００）
【摘 要 】本文基于有限元理论 ，运用有 限元程序 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ建 立了猎德大桥 自锚式悬 索桥 的动力 计算模 型，进行了 自振特性分析 ，给出 了前
非 真 实的局 部振 动 将 掩 盖 桥 梁 的 总体 振 动 。
３－３ 塔 柱 、基础 的模 拟
索塔 采 用 空 间 梁 单元 来模 拟 。不 考 虑 桩 土 相 互 作 用 ，因 此
可 采 用 嵌 固模 型
；
３．４ 边界 条件 的处 理
主 粱与 吊杆 的连 接 ：因主 梁采 用 的 是 脊 梁模 型 ，所 以 可 用
邻 的 主 、边跨 各 一段 采 用水 泥 混 凝 土 梁 。钢 混 凝 土 结合 段 的 长
度 为 ２ｍ。 主 跨 跨 度 为 ２１３．８ｍ， 垂 跨 比 为 １：１２．５， 矢 高 为
１６．７４ｍ：吊索 间距 为 １２ｍ
图 ２ 猎德大桥动力特性分析模型
４ 动 力特性分析
悬 索桥 的 频 率 和 振 型 的 分 析 方 法 主 要 有 古典 解 析 法 、近
ａ ｌ功
图 １ 猎德 大桥 总体 布置 图（单位 ：ｍｍ）
３ 有 限元模型 的建 立
３．１ 桥 面系 的模 拟
ｈ Ｅ堆 蚴 ｍ
型 和频 率 ．且 可 以 考 虑 结 构 的 桌些 细 节 变化［５１。 运 用模 态分 析 功 能 可 以求 出结 构 的 自振 频 率 和 振 型 。在
和 刚 度 系 统 均 放 在 各 自 的 位 置 上 ． 因 此 可 采 用 一 致 刚 度 和 一 可 靠 性 相 差 无 几 ．但 效 率 是 子 空 间 迭 代 法 的 ４倍 以 上 ，因此 对
致 质 量 矩 阵 来描 述 ．这 样 能 正确 反 映 主 梁 的 刚 度 系统 和 质 量 于 大 型 结 构 的 固有 振 动 分 析 ． 用该 法代 替 子 空 间迭 代 法是 非
似 方 法或 经 验 公 式 、数 值 方 法 。近 年 来 ，随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ，数 值 方 法 得 到 更 多 的 推 广 和 应 用 ，即 用有 限 元 法将 结 构 离
wk.baidu.com
散 为 梁 、杆 、索 等 各 种 单 元 ，数 值 方 法 可 准 确 地 求 出 结 构 的 振
弹 性 连 接 中的 刚 性连 接 来 模 拟 主 粱 与 吊杆 之 间 的 固结 。
是 进 行 桥 梁结 构 动 力 分 析 的 重 要 参 数 和 桥 梁减 抗 震 设 计 的基
主缆 与 索塔 的 连接 ：在 成桥 状 态 ．悬索桥 的 主缆 是通 过 主 索
础 ．桥 梁结 构 的动 力特 性 分析 对 桥 梁 维 护也 具 有 重要 的 意 义【】ｌ。 鞍 固定在 索塔 上的 ，且成 桥后 两 者之 间不 允许发 生相 对位 移 ，所 本 文 以 广 州 市猎 德 大 桥 为 例 ．采 用 通 用 有 限元 程 序 ＭＩＤＡＳ／ 以主缆和 索塔 顶应 建立 主从 关 系．可 采用 刚性连 接来模 拟 。
桥面 系选 用脊 梁模 式 ，理 由如 下 ：① 采用脊 梁模 式 ，质量 靠 性 都 不错 ．但 速 度 较慢 ；多重 Ｒｉｔｚ向量 法与 子 空 间迭 代 法 的
ｌＯ阶 自振 频 率和 相 应 的振 型 ，为地 震 响应 分 析 提 供 了重 要依 据 。
【关键词 】猎德大桥 ；动力 ；分析
【中图分 类号 】Ｕ４４３
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】２０９５—２０６６（２０１６）Ｏ１—０１３２—０２
１ 引 言
在 车 辆 动 荷 栽 、风 力和 地 震 力等 动 力荷 栽 的作 用 下 ，桥 梁 结构 会 产 生 振 动 ．严 重 的 振 动 会 影 响 桥 上 行 车 的舒 适 与安 全 ， 剧 烈 的振 动 则 可使 桥 梁 结构 发 生 毁坏 因此 。对桥 梁 结构 进 行 动 力 特 性 分 析 ，对 于保 证 桥 粱在 设 计 使 用寿 命 周 期 内 ，在 可 能 发 生 的 动 力 荷 载 作 用 下 能 正 常 工 作 ．确 保 桥 梁 的安 全 、可 靠 都 具有 重要 的 意义 。 桥 梁动 力 特 性 主要 包括 自振 频 率和 振 型 ，它
２ 猎德大桥工程概况
猎 德 大桥 为 独 塔 四 跨 自锚 式 悬 索桥 ． 索塔 采 用 了独 特 的 贝 壳造 型 ，索塔 内部 为 多箱 室钢 筋 混 凝 土 结 构 。桥 塔 高 １２８ｍ，
别 建立 主 从 关 系 ．可 用刚 性 连 接 来模 拟 。 建 立 的 有 限 元 分 析 模 型 见 图 ２。 共 划 分 为 ４０４ 个 节 点 ，
Ｃｉｖｉｌ的 多重 Ｒｉｔｚ向 量 法对 该 桥 进 行 了 自振 模 态 分析 。 为 自锚
主 缆 与散 索鞍 及 主 梁锚 固点 的 连接 ：主 缆 经过 散 索鞍 转
式 悬 索桥 的 地 震 响 应 分析 提 供 了 重要 依 据 。
向后 ．分散 锚 固在 梁 的 端 部 ．主 缆 与散 索鞍 及 主 梁锚 固 点 应 分
４００个 单 元 。 其 中 ２８０个桁 架单 元 ，１２０个 只 受拉 单 元 。
其 中主 体 结 构 高 １０３ｍ。顶 部 装 饰 高 ２５ｒｎ。桥 塔 基 础 为 桩 径
２．５ｍ 的钻 孔 灌 注 桩 ，桩 长 为 １８－２９ｍ。主 桥 长 ４８０ｍ，跨 径 布 置
如 图 １所 示目 主 边 跨 均 采 用 钢 箱 梁 ．其 ４７ｍ 的 两 锚 固 跨 和 相
交通 环保
ＬｏＷ ＣＡＲＢＯＮ Ｗ ｏＲＬＤ ２０１６／１
猎 德大 桥 动 力 特 性分 析
陈书平 （湖南省高速公路管理局，湖南 长沙４１００００）
【摘 要 】本文基于有限元理论 ，运用有 限元程序 ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ建 立了猎德大桥 自锚式悬 索桥 的动力 计算模 型，进行了 自振特性分析 ，给出 了前
非 真 实的局 部振 动 将 掩 盖 桥 梁 的 总体 振 动 。
３－３ 塔 柱 、基础 的模 拟
索塔 采 用 空 间 梁 单元 来模 拟 。不 考 虑 桩 土 相 互 作 用 ，因 此
可 采 用 嵌 固模 型
；
３．４ 边界 条件 的处 理
主 粱与 吊杆 的连 接 ：因主 梁采 用 的 是 脊 梁模 型 ，所 以 可 用
邻 的 主 、边跨 各 一段 采 用水 泥 混 凝 土 梁 。钢 混 凝 土 结合 段 的 长
度 为 ２ｍ。 主 跨 跨 度 为 ２１３．８ｍ， 垂 跨 比 为 １：１２．５， 矢 高 为
１６．７４ｍ：吊索 间距 为 １２ｍ
图 ２ 猎德大桥动力特性分析模型
４ 动 力特性分析
悬 索桥 的 频 率 和 振 型 的 分 析 方 法 主 要 有 古典 解 析 法 、近
ａ ｌ功
图 １ 猎德 大桥 总体 布置 图（单位 ：ｍｍ）
３ 有 限元模型 的建 立
３．１ 桥 面系 的模 拟
ｈ Ｅ堆 蚴 ｍ
型 和频 率 ．且 可 以 考 虑 结 构 的 桌些 细 节 变化［５１。 运 用模 态分 析 功 能 可 以求 出结 构 的 自振 频 率 和 振 型 。在
和 刚 度 系 统 均 放 在 各 自 的 位 置 上 ． 因 此 可 采 用 一 致 刚 度 和 一 可 靠 性 相 差 无 几 ．但 效 率 是 子 空 间 迭 代 法 的 ４倍 以 上 ，因此 对
致 质 量 矩 阵 来描 述 ．这 样 能 正确 反 映 主 梁 的 刚 度 系统 和 质 量 于 大 型 结 构 的 固有 振 动 分 析 ． 用该 法代 替 子 空 间迭 代 法是 非
似 方 法或 经 验 公 式 、数 值 方 法 。近 年 来 ，随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ，数 值 方 法 得 到 更 多 的 推 广 和 应 用 ，即 用有 限 元 法将 结 构 离
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散 为 梁 、杆 、索 等 各 种 单 元 ，数 值 方 法 可 准 确 地 求 出 结 构 的 振
弹 性 连 接 中的 刚 性连 接 来 模 拟 主 粱 与 吊杆 之 间 的 固结 。
是 进 行 桥 梁结 构 动 力 分 析 的 重 要 参 数 和 桥 梁减 抗 震 设 计 的基
主缆 与 索塔 的 连接 ：在 成桥 状 态 ．悬索桥 的 主缆 是通 过 主 索
础 ．桥 梁结 构 的动 力特 性 分析 对 桥 梁 维 护也 具 有 重要 的 意 义【】ｌ。 鞍 固定在 索塔 上的 ，且成 桥后 两 者之 间不 允许发 生相 对位 移 ，所 本 文 以 广 州 市猎 德 大 桥 为 例 ．采 用 通 用 有 限元 程 序 ＭＩＤＡＳ／ 以主缆和 索塔 顶应 建立 主从 关 系．可 采用 刚性连 接来模 拟 。