悬索桥钢桁梁断面质量惯性矩简化计算方法

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1、悬索桥钢桁梁断面质量惯性矩简化计算方法摘要：鱼骨单主梁模型是分析大跨度钢桁梁悬索桥抗风性能的常用简化模型.针对由于悬索桥钢桁梁断面杆件众多造成的其扭转质量惯性矩计算繁琐、精度低的问题，提出一种基于均匀附加扭转质量惯性矩前后结构扭转频率的变化计算钢桁梁扭转质量惯性矩的方法，并给出了该方法的理论说明、适用条件等.以一钢桁梁悬臂结构为例进行了数值仿真，结果表明：附加扭转质量惯性矩施加在全截面或上、下弦杆节点，且钢桁梁的长细比L/D≥20时，该方法计算的扭转质量惯性矩有较高的精度.采用该方法计算了多座钢桁梁悬索桥的主梁扭转质量惯性矩，比较了全桁架模型

2、和单主梁模型扭转振动频率，验证了方法的有效性.中国4/vie　　关键词：钢桁梁；悬索桥；扭转质量惯性矩；抗风设计　　中图分类号：U448.25文献标志码：A　　：1674-2974（2017）03-0001-07DOI：10.16339/j.ki.hdxbzkb.2017.03.001　　Abstract：Thesimplified“fish-bone”modelismonlyemployedfortheanalysisofodelisthecalculationofthemassmomentofinertiaforthestiffening

3、truss.Duetonumerousmembersinastiffeningtrusssection，thecalculationprocessofthemomentofinertiaisusuallyplicatedandimprecise.Therefore，aneethodisproposedbasedonthechangeintorsionalfrequenciesofacantilevertrussgirdercausedbyattachingtheadditionalmassmomentofinertiaonthetrussno

4、des，ple，numericalsimulationresultsshoethodprovidesthebestaccuracyassmomentofinertiaisuniformlyappliedtoallsectionnodesortothenodesofchordjoints，andtheslendernessratiooftrussgirderexceeds20.Finally，themassmomentsofinertiaofstiffeningtrussareobtainedbytheproposedmethod，andare

5、thenusedtoestablishthesimplified“fish-bone”modelsforseveralselectedsuspensionbridges.Thetorsionalfrequenciesobtainedbythesimplified“fish-bone”modelsagreeodels，plifiedmethod.　　Keyassmomentofinertia；wind-resistantdesign　　�桁梁具有刚度大、用钢量省、适应双层桥面、抗风性能良好等优点，在国内外大跨度悬索桥中得到广泛应用，如香港青马大

6、桥[1]、美国的金门大桥[2]、日本的明石海峡大桥[3]等.在钢桁架为主梁的悬索桥的主梁节段模型试验中，通常采用节段模型测力法获得钢桁梁断面的静三分力或颤振导数.为与节段模型测力法相适应，需要建立钢桁梁的等效单主梁模型.钢桁梁断面的扭转质量惯性矩是建立等效单主梁模型的一个重要参数，其计算的精确与否将直接影响等效单主梁模型的扭转频率、振型等参数，因此，如何快捷、有效地计算钢桁梁的扭转质量惯性矩显得尤为重要.　　钢桁梁通常由数量众多的薄壁工字型或箱型截面构件构成，由上下弦杆、腹杆、平纵联及横联等组成.沿桥跨方向，由于不同位置处的横断面的差异性，造

7、成其质心沿桥跨方向也在不断变化，故很难精确计算钢桁梁的扭转质量惯性矩.常规方法是找到节点处横断面的质心位置，并假定沿桥跨方向各横断面质心位置不变，然后计算钢桁梁的扭转质量惯性矩，并以此作为单主梁模型扭转质量惯性矩的初值，不断调整单主梁模型中此参数，来使全桁架模型与单主梁模型中的扭转频率一致[4].这种方法缺乏理论基础，主观性大，且计算繁琐.于永帅[5]提出一种简化算法：通过在钢桁梁上沿桥跨方向均匀附加扭转质量惯性矩，利用附加质量惯性矩前后2次动力特性的变化反算钢桁梁自身扭转质量惯性矩.这种方法思路清晰，计算便捷，但其对此方法的理论证明、适用条

8、件、附加扭转质量惯性矩的施加位置等未作详细研究.