独塔混合梁不对称索斜拉桥非线性动力特性有限元分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
…
Ｉ Ｋ］ Ｍ］ｌ一０ Ｉ ［ 一∞ ［ ｌ
） 。
（） ８
由式 （ ） ８ 可求 出系统 的 固有 频 率 ６ （一 １ ２ ３ ０ ｉ ，，，
２ 动 力计 算 模 型 与 参 数 选 取
为 了准确 地求 解 该桥 动 力特 性 ， 立结 构 的空 建 间三维模 型 ， 实 际 结构 进 行模 拟 。计 算模 式 的模 对
拟 着重 于结构 的刚度 、 质量 和边 界条件 的模拟 ， 而且
应 当尽可 能地 与实 际结 构相 符 。在 建立 动力计算有
Ｚ ａ ｇ等研究 了铁路 公 路 双 层斜 拉 桥 的动力 特 性 ； ｈｎຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｆｅ ｎ ． ． ｌｍｉｇＪ Ｆ 等研究 了在 地震 和风荷 载作用 下 的斜
风 嘴相结合 ， 成 锚 固斜 拉 索 的 实体 结构 。斜 拉索 形 按 空问双 索面扇 形 布 置 ， 桥 共 ８ 全 ４根 ， 箱梁 上索 钢 距 １ 砼 梁上 索 距 ８ｍ。实体 结构 。主桥桥 型如 ６ｍ，
公
．
总第 １ ９期 ３
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ ｏ ｏｉ ｅ ｔ ｍ ｔｖ ｐ ｉａ ｉｎ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｓ
路 与 汽 运
１５ ６
限元模 型时 ， 了简化 ， 为 把辅助 墩和 边墩 作为 边界 条 件 处理 。桥塔 、 主梁采 用 Ｂ ａ ８ ｅｍ１ ８空 间单 元 来模 拟 （ 虑梁 的剪 切变 形 和翘 曲 自由度 ） 桥 梁 主 梁 用 带 考 ，
如， 黄平 明等对 不 同边 界 条件 下斜 拉 桥 的 动力 特 性
孔 的 ３道连 接横梁 。主梁采用 钢箱 梁与砼箱梁 相结 合 的混合 梁 ， 钢箱 梁 与砼 箱 梁 结合 段设 在 主 跨距 主 塔 中心 ４ 处 。主 跨 ４ 及 边跨 １ ０ｍ 长 的主 １ｍ １ｍ ８ 梁采用预 应力砼 箱 梁 ， 单箱 三室 截面 ， 结构外形 与钢
Ｈ ｉ ｈ公 路 ｔ ｍｏ ｉｅ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ与 ｔ 运 ｔ ｎ ｙ ｏ 汽 ｐ ｉａ ｉ ｓ ｖ Ａｐ ｌｃ ｏ
１ ６４
２１ ０ ０年 ７月
第４ 期
独塔 混合 梁不对 称 索斜拉 桥 非 线 性 动 力 特 性 有 限 元 分 析
肖勇 刚 ， 许 准
（ 长沙 理 工 大 学 土木 与 建 筑 学 院 ， 南 长 沙 湖 ４００） １ ０ ４
摘
要 ： 粱 的 动 力特 性 （ 桥 固有频 率和 振 型 ） 结构 动 力 分析 和抗 震 分 析 的 重要 参 数 。该 文 以 是
东 沙大 桥 为 例 ， 用 Ａ Ｙ 剁 ＮＳ Ｓ建立 空间 动 力 计 算模 型 ， 分析 了桥 梁主 要 结 构 参 数 对 其 振 动 特 性 的 影
响 。结 果表 明 ， 于 独塔 混合 梁斜 拉桥 ， 垮 辅 助墩 可 以 大 幅提 高 结 构 的 整 体 刚度 ， 对 边 而且 斜 拉 索 的 稀 密程 度 、 索塔 、 混 比对 其 自振 频 率 均 有 不 同程度 的影 响 。 钢 关 键 词 ： 粱 ； 塔 混 合 梁斜 拉 桥 ； 力特 性 ；有 限元 法 ； 桥 独 动 ＡＮＳ Ｓ Ｙ
塔 为花瓶 形砼 结构 ， 高 １ ２ｍ ， 面 以上 塔高 １ ４ 塔 ８ 桥 ４ ｍ， 有效高 跨 比 ０ ２ 。横梁 以上塔 柱 成分 离 式倒 Ｙ ．５
形 ， 个分离 塔柱 的 锚 固 区之 间设 置 开设 椭 圆景 观 两
但是随着斜 拉桥跨 径 的不 断 增 大 ， 结 构 刚度 越 来 其 越柔 ， 拉桥在动力 荷载 （ 斜 如风 、 震和汽 车荷载 等） 地 作 用下 的动力分析 和结构性 能倍受 工程界关 注 。例
箱 梁保 持 一致 。梁 高 ３ ３ｍ， 全 宽 ３ 顶 面 宽 ． 箱 ８ｍ，
３ ， 底 板 厚 ０ ２ 内腹 板 厚 ０ ４ｍ ， 腹 板 与 ６ｍ 顶 ． ５ ｍ， ． 外
进行 了分析 ； ｌ０ ． ． ｗｉ ｎＪ Ｃ 等分 析 了桥 面平 移 和转 动 ｓ
刚度对 斜拉桥 动力特性 的影 响 ； ． ． ｈ ｎ Ｃ Ｃ Ｃ ａ ｇ等 研究 了环 境 振 动 对 斜 拉 桥 动 力 特 性 的 影 响 ； Ｑ．Ｗ．
中图 分 类号 ： ４ Ｕ４ １ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １ ２ ６ （ ０ ０ Ｏ 一Ｏ ６ 一Ｏ １ ７ — ６ ８ ２ １ ）４ １４ ４
斜 拉桥 因具 有跨 越 能力 大 、 构 轻巧 美 观及 空 结
气动力稳 定性好 等优点 ， 近些年来 获得 了飞速发 展 。
图 １所 示 。
拉桥 的动力特性 ； 红垒 等 研究 了矮 塔斜 拉 桥 的动 赵
力特性 ； 张哲等研 究 了混合 梁斜拉 桥 的动力特性 。
而斜 拉桥 中独塔 结合梁 的运用 可 以提高力 学性 能和改善 经济性 ， 以近 几 年独 塔 结合 梁 斜拉 桥 工 所 程 实例不 断增 加 。该 桥型 自 ２ ０世 纪 ７ Ｏ年代 在原 西 德 问世 后 ， 先后 受 到 欧 洲 、 日本 等 国家 的青 睐 。２ １ 世 纪初开始逐 渐得 到中 国桥梁 技术人 员 的关 注 和应 用 。但 是对 于独塔混合 梁不对 称索斜 拉桥 的动力分 析仍有 待深入 探讨 。该 文 以广 州 东 沙大 桥 为例 ， 利 用 有 限元 理论分 析和探 讨独塔 混合梁 斜拉桥在 不 同 参 数下 的动力特性 。
图 １ 广 州 东 沙大 桥 主 桥 桥 型 布 置 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
１ 工 程概 况
广州东 沙大桥 主桥为独 塔空 间双索 面混 合梁斜 拉桥 ， 采用塔 、 、 固结 体 系 。桥 跨 布置 为 ３ ８ｍ 墩 梁 ３ ＋７ ２ｍ＋５ ６ｍ＋５ 主桥 长 ５ ８ｍ。为 增加 体系 ２ｍ， １ 刚度 ， 改善结构 内力 ， 边跨 内设 置 ２个辅助 墩 。主 在
Ｉ Ｋ］ Ｍ］ｌ一０ Ｉ ［ 一∞ ［ ｌ
） 。
（） ８
由式 （ ） ８ 可求 出系统 的 固有 频 率 ６ （一 １ ２ ３ ０ ｉ ，，，
２ 动 力计 算 模 型 与 参 数 选 取
为 了准确 地求 解 该桥 动 力特 性 ， 立结 构 的空 建 间三维模 型 ， 实 际 结构 进 行模 拟 。计 算模 式 的模 对
拟 着重 于结构 的刚度 、 质量 和边 界条件 的模拟 ， 而且
应 当尽可 能地 与实 际结 构相 符 。在 建立 动力计算有
Ｚ ａ ｇ等研究 了铁路 公 路 双 层斜 拉 桥 的动力 特 性 ； ｈｎຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｆｅ ｎ ． ． ｌｍｉｇＪ Ｆ 等研究 了在 地震 和风荷 载作用 下 的斜
风 嘴相结合 ， 成 锚 固斜 拉 索 的 实体 结构 。斜 拉索 形 按 空问双 索面扇 形 布 置 ， 桥 共 ８ 全 ４根 ， 箱梁 上索 钢 距 １ 砼 梁上 索 距 ８ｍ。实体 结构 。主桥桥 型如 ６ｍ，
公
．
总第 １ ９期 ３
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ ｏ ｏｉ ｅ ｔ ｍ ｔｖ ｐ ｉａ ｉｎ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｓ
路 与 汽 运
１５ ６
限元模 型时 ， 了简化 ， 为 把辅助 墩和 边墩 作为 边界 条 件 处理 。桥塔 、 主梁采 用 Ｂ ａ ８ ｅｍ１ ８空 间单 元 来模 拟 （ 虑梁 的剪 切变 形 和翘 曲 自由度 ） 桥 梁 主 梁 用 带 考 ，
如， 黄平 明等对 不 同边 界 条件 下斜 拉 桥 的 动力 特 性
孔 的 ３道连 接横梁 。主梁采用 钢箱 梁与砼箱梁 相结 合 的混合 梁 ， 钢箱 梁 与砼 箱 梁 结合 段设 在 主 跨距 主 塔 中心 ４ 处 。主 跨 ４ 及 边跨 １ ０ｍ 长 的主 １ｍ １ｍ ８ 梁采用预 应力砼 箱 梁 ， 单箱 三室 截面 ， 结构外形 与钢
Ｈ ｉ ｈ公 路 ｔ ｍｏ ｉｅ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ与 ｔ 运 ｔ ｎ ｙ ｏ 汽 ｐ ｉａ ｉ ｓ ｖ Ａｐ ｌｃ ｏ
１ ６４
２１ ０ ０年 ７月
第４ 期
独塔 混合 梁不对 称 索斜拉 桥 非 线 性 动 力 特 性 有 限 元 分 析
肖勇 刚 ， 许 准
（ 长沙 理 工 大 学 土木 与 建 筑 学 院 ， 南 长 沙 湖 ４００） １ ０ ４
摘
要 ： 粱 的 动 力特 性 （ 桥 固有频 率和 振 型 ） 结构 动 力 分析 和抗 震 分 析 的 重要 参 数 。该 文 以 是
东 沙大 桥 为 例 ， 用 Ａ Ｙ 剁 ＮＳ Ｓ建立 空间 动 力 计 算模 型 ， 分析 了桥 梁主 要 结 构 参 数 对 其 振 动 特 性 的 影
响 。结 果表 明 ， 于 独塔 混合 梁斜 拉桥 ， 垮 辅 助墩 可 以 大 幅提 高 结 构 的 整 体 刚度 ， 对 边 而且 斜 拉 索 的 稀 密程 度 、 索塔 、 混 比对 其 自振 频 率 均 有 不 同程度 的影 响 。 钢 关 键 词 ： 粱 ； 塔 混 合 梁斜 拉 桥 ； 力特 性 ；有 限元 法 ； 桥 独 动 ＡＮＳ Ｓ Ｙ
塔 为花瓶 形砼 结构 ， 高 １ ２ｍ ， 面 以上 塔高 １ ４ 塔 ８ 桥 ４ ｍ， 有效高 跨 比 ０ ２ 。横梁 以上塔 柱 成分 离 式倒 Ｙ ．５
形 ， 个分离 塔柱 的 锚 固 区之 间设 置 开设 椭 圆景 观 两
但是随着斜 拉桥跨 径 的不 断 增 大 ， 结 构 刚度 越 来 其 越柔 ， 拉桥在动力 荷载 （ 斜 如风 、 震和汽 车荷载 等） 地 作 用下 的动力分析 和结构性 能倍受 工程界关 注 。例
箱 梁保 持 一致 。梁 高 ３ ３ｍ， 全 宽 ３ 顶 面 宽 ． 箱 ８ｍ，
３ ， 底 板 厚 ０ ２ 内腹 板 厚 ０ ４ｍ ， 腹 板 与 ６ｍ 顶 ． ５ ｍ， ． 外
进行 了分析 ； ｌ０ ． ． ｗｉ ｎＪ Ｃ 等分 析 了桥 面平 移 和转 动 ｓ
刚度对 斜拉桥 动力特性 的影 响 ； ． ． ｈ ｎ Ｃ Ｃ Ｃ ａ ｇ等 研究 了环 境 振 动 对 斜 拉 桥 动 力 特 性 的 影 响 ； Ｑ．Ｗ．
中图 分 类号 ： ４ Ｕ４ １ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １ ２ ６ （ ０ ０ Ｏ 一Ｏ ６ 一Ｏ １ ７ — ６ ８ ２ １ ）４ １４ ４
斜 拉桥 因具 有跨 越 能力 大 、 构 轻巧 美 观及 空 结
气动力稳 定性好 等优点 ， 近些年来 获得 了飞速发 展 。
图 １所 示 。
拉桥 的动力特性 ； 红垒 等 研究 了矮 塔斜 拉 桥 的动 赵
力特性 ； 张哲等研 究 了混合 梁斜拉 桥 的动力特性 。
而斜 拉桥 中独塔 结合梁 的运用 可 以提高力 学性 能和改善 经济性 ， 以近 几 年独 塔 结合 梁 斜拉 桥 工 所 程 实例不 断增 加 。该 桥型 自 ２ ０世 纪 ７ Ｏ年代 在原 西 德 问世 后 ， 先后 受 到 欧 洲 、 日本 等 国家 的青 睐 。２ １ 世 纪初开始逐 渐得 到中 国桥梁 技术人 员 的关 注 和应 用 。但 是对 于独塔混合 梁不对 称索斜 拉桥 的动力分 析仍有 待深入 探讨 。该 文 以广 州 东 沙大 桥 为例 ， 利 用 有 限元 理论分 析和探 讨独塔 混合梁 斜拉桥在 不 同 参 数下 的动力特性 。
图 １ 广 州 东 沙大 桥 主 桥 桥 型 布 置 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
１ 工 程概 况
广州东 沙大桥 主桥为独 塔空 间双索 面混 合梁斜 拉桥 ， 采用塔 、 、 固结 体 系 。桥 跨 布置 为 ３ ８ｍ 墩 梁 ３ ＋７ ２ｍ＋５ ６ｍ＋５ 主桥 长 ５ ８ｍ。为 增加 体系 ２ｍ， １ 刚度 ， 改善结构 内力 ， 边跨 内设 置 ２个辅助 墩 。主 在