桁式加劲梁悬索桥抗风动力特性分析

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1、第2s卷第6期萍乡高等专科学校学报2008年12月Vo1．25NO．6JournalofPingxiangCollegeDec．2008桁式加劲梁悬索桥抗风动力特性分析岳更新(新疆石油工程建设有限责任公司，新疆乌鲁木齐834000)摘要：大跨悬索桥的抗风性能在大跨悬索桥梁设计中具有非常重要的地位，而桁式加劲梁由于其优良的空气动力稳定性在大跨悬索桥中经常被采用。本文以湘西矮寨特大桥实际工程为背景，通过舍弃目前常用的单主梁、双主梁或三主梁模式而采用按实际桁架的构成建立仿真三维梁单元模型的方法建立了整体结构的三维分析模型。利用AN．SYS有限元软件对该结构体系进行动力特性的分析计

2、算。得到了该桥型的横向、竖向、主缆、扭转以及耦合振动的频率和振型。分析结果表明，由于桁架结构和索、杆的共同工作效应，使得这种体系的整体刚度好，特别是主缆抵抗变形能力强，动力性能优越，具有很好的抗风性能，分析结果将会为该桥梁进一步的抗风、抗震等设计提供有益的参考。关键词：桁式加劲梁；悬索桥；有限元；动力特性分析中图分类号：U448．25文献标识码：A文章编号：1007—9149(2008)06—0024—051引言悬索桥，它为吉(首)一茶(洞)高速公路的控制性工悬索桥又名吊桥，是以承受拉力的缆索或链索作程。矮寨特大桥位于吉首市矮寨镇，桥位从宏观地貌为主要承重构件的桥梁。悬索桥

3、由悬索、索塔、锚碇、上讲位于云贵高原与沅麻盆地的交界处，从微观地貌吊杆、桥面系等部分组成。[1悬索桥的主要缺点是刚上讲．桥位处为峡谷悬崖地貌。地形起伏极大，相对高度小．在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动．桁差达500m．茶洞岸山顶最高处地面标高为736．9m．架结构性能优越，具有广阔的应用领域。且由于桁式吉首岸山顶最高处地面标高为649．92m，峡谷底部最加劲梁具有优良的空气动力稳定性，桁式加劲梁悬索低处地面标高为236．1m，谷底宽约60m，峡谷总体呈桥是大跨悬索桥中经常采用的结构形式，在国内外工“U”字型，沟内河水自东向西流，特大桥沿北西向横程实例较多。跨该峡谷，两岸

4、主塔均位于悬崖体上部，主线全线采从整体受力上来说，这种加劲梁和目前广泛采用的用双向四车道高速公路标准：设计车速为80km／h，钢板式和预应力钢筋混凝土加劲梁悬索桥具有许多相路基宽度24．5m。采用塔梁分离式的桁架加劲梁悬索似之处。但是，如果将平板桁架这一刚度较大的结构形桥方案，全长约1073．65m，悬索桥的主跨l176m。如式作为加劲梁的话．充分发挥桁架结构的受力特征，桁此大的跨度，其抗风性能对整桥的安全性显得至关重架结构是由很多杆件组成高次超静定结构，适于承受要．故对其力学特性、结构行为研究有助于对这种结来自各个方向的荷载，同时桁架结构的杆件之间相互构形式的桥梁抗风设计

5、具有指导作用。支撑，整体性好，刚度大，具有优良的空气动力稳定3抗风动力特性有限元计算性，抵抗风载和地震作用的能力得到明显增强。3．1有限元计算模型2工程背景图l为矮寨大桥主梁横断面图，为准确地把握桁桁架加劲梁悬索桥作为一种大跨悬索桥常采用式加劲梁悬索桥的动力特性．在本项目研究中舍弃目的桥梁型式．矮寨特大桥正是这样的一种形式的大跨前常用的单主梁、双主梁或三主梁模式而采用按实际收稿日期：2{)08—1】一25作者简介：岳更新(1975一)，男。湖南邵阳人，工程师。主要从事桥梁结构设计方面的研究。第6期岳更新：桁式加劲梁悬索桥抗风动力特性分析·25·图1矮寨大桥主桥整体立面图图2

6、矮寨大桥主桥成桥状态有限元模型桁架的构成建立仿真三维梁单元模型。结构主要采用3．2抗风动力特性计算结果梁杆单元进行离散，鉴于桥梁抗风研究的特点，忽略矮寨大桥动力特性计算[3结果如表1所示，其中两岸桥塔桩基与土体的约束作用，采用塔底直接在承一阶反对称竖弯模态比一阶正对称竖弯模态先出现，台处固结的方法进行边界条件设置。在结构的有限元而一阶反对称扭转模态却比一阶正对称扭转模态后离散过程中，主梁单元、桥塔单元采用空间梁单元，吊出现，也即反对称竖弯频率比正对称竖弯频率低，反杆及空间主缆采用空间杆单元。二期恒载所产生的质对称扭转频率比正对称扭转频率高。表l列出了矮寨量以及质量惯性矩则采

7、用专用的质量元进行模拟，采大桥主桥成桥阶段前2O阶模态的自振频率以及振型用国际通用有限元分析ANSYS软件，[2]成桥阶段的描述。有限元模型见图2。表1动力特性计算结果阶次频率(Hz)阶次频率(Hz)15．61E—O211O．277822O．1156212’0．2804730．13966130．303124O．1594140．335985O．21365150．35l2360．25203160．3736970．2528517O．41O538O．25769180．413679O．27311190．42348100．27