大跨连续波形钢腹板组合箱梁桥的横隔板设置研究

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1、2014年7月第7期城市道桥与防洪桥梁结构135大跨连续波形钢腹板组合箱梁桥的横隔板设置研究盖卫明(深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳518029)摘要：近几年，波形钢腹板箱梁桥作为国内一种新型组合结构桥梁形式，工程实践逐渐向大跨度方向发展。随着跨径不断增大，横隔板等构造措施对主梁振动特性的影响变得不可忽视。采用大型通用有限元软件ANSYS建立了一座大跨度波形钢腹板箱梁桥的三维有限元模型，研究了横隔板布置位置对主梁竖弯、横弯和扭转振动模式基频的影响。研究结果表明，合理的横隔板布置方案可以有效改善大跨度连续波形钢腹板组合箱梁桥的动力特性，最优的横隔板布置位置是梁端和

2、中支座偏中跨跨中12m处。关键词：波形钢腹板组合箱梁桥；三维有限元模型；动力特性；横隔板中图分类号：U441文献标识码：B文章编号：1009—7716(2014)07—0135—02和边支点20号块梁段采用混凝土腹板外，其他0引言梁段均采用波形钢腹板，在0号块外侧11In梁波形钢腹板组合箱梁桥是一种具有自重轻、段内和20号块外侧4．8m梁段内采用有内衬混凝装配施工便捷、耐久性好、全寿命期经济效益土的组合腹板。波形钢腹板形状采用1600型，高、节能环保、美观等众多优点【-21的新型组合结厚度为12mm～24mm。主梁采用C60混凝土，构桥梁。近几年，随着国内设计与施工技

3、术的发钢腹板采用Q345c钢材。展，此类桥梁的建设已由较小跨径的简支梁桥逐渐发展到了较大跨度的连续梁桥以及部分斜拉桥。在传统普通混凝土箱梁基础上，用波形钢腹板代替混凝土腹板后，箱梁截面刚度变小，特别是扭转刚度可能削弱60％以上【”。为了提高波形图1桥梁立面图(单位：m)钢腹板组合箱梁的抗扭性能，改善截面的畸变效应，大跨度的波形钢腹板组合箱梁需要设置一定2有限元模型‘数量的横隔板[3】。本文以一座跨径布置为88m采用大型通用有限元软件ANSYS建立上部结+156m+88m的连续波形钢腹板组合箱梁桥为工构三维板壳模型[41，上下混凝土顶底板采用可以程背景，采用有限元分析方

4、法，建立了其三维空考虑变厚度属性的线性层结构壳单元Shell99模间有限元模型，研究了不同的横隔板布置位置对拟，钢腹板、混凝土腹板与横隔板采用弹性壳单其动力特性的影响，提出了合理的横隔板设计建元SheH63模拟。顶底板、腹板与横隔板分别建议。模，三者之间不共有节点，采用耦合相邻最近节1工程概况点自由度的方式模拟刚性连接。主梁模型共有单元22400个、节点56050个，局部有限元模型背景工程为一座三跨连续波形钢腹板PC箱见图2。梁桥，跨径布置为88m+158m+88m，其立面见图1，安全等级为一级。采用单箱单室截面，箱梁高度由根部的8．9m按2次抛物线过渡到跨中和边墩墩

5、顶处的3．8m，箱梁底板厚度也由根部的lm按2次抛物线过渡到跨中的0．3m。桥面宽度为16．25m，布置为0．5mf防撞栏)+11．75m(车行道1十4m(人行道)。全桥除中支点0号块梁段收稿日期：2014—063—31基金项目：深圳市科技研发资金项目(JCYJ20120831163432230)作者简介：盖卫明(1982一)，男，河北河间人，工程师，从事桥图2主梁局部有限元模型梁设计工作。136桥梁结构城市道桥与防洪2014年7月第7期3模态分析通过模态分析结果可以了解结构各向质量一刚度特性[51。本文首先建立了没有横隔板的主梁有限元模型，进行模态分析，提取前8阶振

6、型和频率(too)，见表1。表1计算模型的前8阶自振频率和振型阶次图3横隔板对组合箱梁竖弯、横弯和扭转基频影响效应的影响线动模式基频的影响存在明显的差异。从影响效果来看，添加横隔板并不一定会提高结构的振型频率，在某些区域会降低结构的基频，例如在边跨距离梁段24～66m区间和中跨跨中两侧48Ill区间内设置横隔板会减小主梁竖弯基频，在中跨跨中两侧46m区间内设置横隔板会减小主梁横弯基频，在边跨距离梁端46～70m区间内布置横隔板会减小主梁扭转基频。从影响效应峰值来看，从表1可以看出，前8阶振型中，前3阶低当横隔板设置在边支座截面处时，最大可以提高阶振型均为竖弯模式，第一

7、阶侧弯振型出现在第主梁竖弯基频5．5％；当横隔板设置在中跨距离中4阶，第一阶扭转振型出现在第6阶。通过振型支座12m处，对横弯和扭转基频影响效应同时模式的次序，可知波形钢腹板组合箱梁的振动模达到最大值，分别为3．4％和8．O％。可见合理的式与传统混凝土腹板箱梁类似。从自振频率的数设计横隔板的位置能更有效地提高此大跨连续组值看，波形钢腹板组合箱梁的竖弯、侧弯及扭转合箱梁的振动基频，其中以对扭转基频的改善效振型的频率值小于普通混凝土腹板箱梁的振型频果最为明显。率经验值，鉴于波形钢腹板组合箱梁自重明显减5结论轻，根据频率、刚度、质量之间的关系(∞。c、／尼