某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析

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1、铁道建筑RailwayEngineering14文章编号：1003．1995(2012)01—0014-03某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析李闯，唐英(1．中国铁道科学研究院研究生部，北京100081；2．中铁西南科学研究院，四川成都610031)摘要：首先利用MIDAS／Civil软件，对浙江绍兴一新建飞燕式钢管混凝土系杆拱桥的成桥进行建模计算，得出理论计算自振频率和振型；然后通过荷载试验测试，得到成桥结构的实测自振频率和振型；最后结合理论计算与实测结果分析本桥的动力特性和动力响应，得出本桥梁结构的动力特性优良，满足设计

2、要求的结论。关键词：飞燕式钢管混凝土拱桥动力特性试验自振特性模态分析中图分类号：U448．225；U446．1文献标识码：A钢管混凝土系杆拱桥的出现顺应了拱桥不断向大K15．37B型环氧喷涂钢绞线成品索，钢丝公称强度跨度、轻型化方向发展的趋势。飞燕式系杆拱桥是拱1860MPa。桥中极具特色的一种桥型，由主跨、边跨、主拱墩及系吊杆为可换式双吊杆。规格为2×8567，钢丝公杆四大部分组成。主跨为中承式钢管混凝土拱，跨度称强度1670MPa，外包PE护套。较大，矢跨比也较大；两边跨为半跨悬臂上承式拱，跨2理论计算和动力性能试验度较小，

3、矢跨比也较小；主跨、边跨拱脚均固结于桥墩，通过锚固于两边跨端部的系杆(索)来平衡主拱的大2．1理论计算部分水平推力。由于钢管混凝土拱桥跨度大，质量1)模态分析理论轻，其本身刚度小，同时在设计中又很少考虑其动力特模态分析是进行动力响应分析的基础，钢管混凝性，从而给此类拱桥的运营带来安全隐患。目前，关于土拱桥模态分析通常采用有限元法，求解结构的自振该类桥型设计与施工方面的文献报道较多，而对成桥频率和振型。后结构自身固有动力特性进行分析的文献还较少。本模态理论是运用固有振型矩阵的正交性，对振动文以一座新建五跨连续自锚飞燕式钢管混凝土系

4、杆拱系统运动微分方程的各系数矩阵解耦，使各系数矩阵桥为研究对象，通过对成桥后的动载试验，得出其自身对角化，从而使多自由度的复杂结构成为多个单自由的动力特性，并结合理论计算分析，评定成桥的结构特度系统的叠加。无阻尼自由振动体系的运动方程性和设计效果。mig”+ku=0(1)式中，m，k分别为系统的总质量矩阵、刚度矩阵；U为1桥梁结构概述系统自由度的广义坐标列阵。本新建大桥位于浙江绍兴袍江经济技术开发区，式(1)的通解为主桥为带飞燕式边拱的三跨连拱中承式钢管混凝土系lf=Asin(+0)(2)杆拱桥。跨径为40m+3×185m+40

5、m，拱轴线形式系统的特征方程为为二次抛物线，矢跨比为1／4，拱肋截面形式为桁架一Ca)m=0(3)式。桥面宽45m，设1．5％横坡，双向2．1％纵坡，中由式(3)求出系统的固有频率跨跨中设R=4000m竖曲线。设计车辆荷载为汽∞=2(i=1，2，3，⋯，n)(4)超一20，挂120，人群活载为4．0kN／m。根据以上模态理论的基本方程来研究桥梁结构的上下游拱肋位置处各设6根柔性系杆以平衡拱肋自振特性，首先应建立桥梁的空间力学计算模型，然后的水平推力。系杆采用欧维姆公司生产的OVMXG．计算出结构各阶的振型、频率等主要模态参数来进

6、行分析。收稿日期：2011—08．19；修回日期：2011-10．082)建立计算模型4作者简介：李闯(1983一)，男，河南泌阳人，硕士研究生。根据本桥的结构形式和受力特点，利用MIDAS／2012年第1期某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析15Civil建立桥梁的空间分析模型，如图1所示。模型中桥面系；采用只受拉单元模拟吊杆和系杆。本次计算采用梁单元和板单元模拟主拱、边拱以及吊杆横梁和中将两根相邻的吊杆简化为一根处理。图1MIDAS／Civil飞燕式钢管混凝土拱桥模型3)计算分析脉动试验内容：测量主桥的自振频率、振型等。通

7、过已建立的空间有限元模型可以计算该桥的结2)试验测点布置构自振参数。一般来说，桥梁结构前几阶的自振频率以中跨为对象介绍脉动试验测点的布置：桥面上、和振型对其动力性能起着重要的控制性作用，因此只下游侧分别等距离布置11个测点；拱肋上、下游侧分对结构的前几阶的自振特性进行分析。利用MIDAS／别等距离布置9个测点，其中拱座两点假定为固定点，Civil的模态分析功能求出了中跨结构前5阶的自振不需测量。在各个测点上布置横向、竖向加速度传感频率和振型，其自振特性分析结果如表1所列。此处器，整跨共36个测点需要测量，见图4所示。还列出了前5

8、阶的部分振型，如图2、图3所示。表1成桥状态自振频率及振型特征(前5阶)图4单侧脉动测点布置示意3)试验原理及设备脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的拾振器，首先记录桥梁结构在环境激励下，如风、水流、地脉动等引起的桥梁振动，然后对记录的振动时程信号进行处理，并进行