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1、第22卷第5期结构工程师Vol.22,No.52006年10月StructuralEngineersOct.2006大跨径无背索斜拉桥的动力特性分析施新欣阮欣许慧峰(同济大学建筑设计研究院,上海200092)提要本文结合一座跨径为223.1m的无背索斜拉桥方案,初步探讨了三座大跨径无背索斜拉桥的动力特性,并分析了斜拉索、主梁、桥塔的刚度变化及辅助措施对结构动力性能的影响,为以后同类桥梁的动力设计提供借鉴。关键词无背索斜拉桥,动力特性,参数分析DynamicPerformenceAnalysisofLongSpanCable2StayedBridge
2、swithoutBack2StaysSHIXinxinRUANXinXUHuifeng(Design&DesearchInstituteofTongjiUniversity,Shanghai200092,China)AbstractBasedononeprojectoflongspancable2stayedbridgewithoutback2stays,thedynamicperformanceofthiskindofbridgeisdiscussedbriefly.Influencesofdesignparameters,suchascable
3、,girder,pylonandauxiliarymeasures,todynamicperformancearealsoanalyzed,whichcanserveasaguidetodesign.Keywordscable2stayedbridgewithoutback2stays,dynamicperformance,parametricanalysis1引言2大跨径无背索斜拉桥技术参数统计西班牙Alamillo桥为代表的无背索斜拉桥,本文以三座跨径在200m以上的无背索斜拉以其独特的造型赢得了公众的青睐。这种桥型在桥为背景开展研究,它们分别
4、是西班牙的Alamil2国内的发展也比较快,也有工程进行过设计方法lo桥、长沙的洪山大桥和国内某无背索斜拉桥方的研究,但多集中在静力方面。关于动力性能,尤案(以下简称方案桥)。三座大桥的技术参数统其是大跨径无背索斜拉桥的动力性能方面的研究计如表1。和报道还比较少,本文在这方面进行一些探索。表1大跨径无背索斜拉桥技术参数统计梁塔索桥名跨径布置(m)高度(m)材料形式高度(m)后倾角(°)材料倾角(°)根数索距(m)索面Alamillo桥20+2004.4钢脊骨梁134.232钢砼组合2413×212竖琴洪山大桥30.305+2064.4钢脊骨梁136
5、.832钢砼组合2513×212竖琴方案桥69.15+223.1+453.5钢砼混合扁平箱梁13025钢砼组合2514×112竖琴从表1可以看出,Alamillo桥与洪山大桥结构相似,总体布置比较接近,主梁均采用了脊骨梁形3动力特性式。方案桥主跨采用了扁平钢箱梁,边跨则采用了与扁平钢箱梁外形相同的预应力混凝土梁。与前利用Ansys程序建立了方案桥的动力计算模两座桥相比,该桥桥塔后倾角度较小、梁高较小。型,模型采用鱼骨梁形式,桥塔、主梁和桥墩均采·抗震与抗风··55·结构工程师第22卷第5期用空间梁单元,平行斜拉索采用空间索单元,全桥时以桥塔的侧弯为
6、主,有时以主梁的侧弯为主。共离散为855个单元。计算得到前十阶振型和频率列于表2,主要振型如图1～图3所示,图中分别从平视、侧视、正视和等轴视四个不同的视角示出桥梁的振型。表2方案桥前十阶频率和振型阶数频率(Hz)振型10.1586塔侧弯20.4129梁竖弯+塔纵弯30.8028梁竖弯40.8972塔侧弯+梁侧弯51.0240梁侧弯+塔侧弯图3七阶振型梁扭转61.3632梁竖弯洪山大桥、Alamillo桥的振型和频率列于表71.5486梁扭转3。从表3可知,Alamillo桥和洪山大桥这两座相82.0082梁竖弯+塔纵弯似的桥梁振型完全相同,频率基
7、本一致,比较表292.1955塔侧弯+梁扭转侧弯102.2691梁竖弯与表3以后可以看出,尽管方案桥在结构上与Alamillo桥、洪山大桥存在较大的差异,但仍然表现出了大跨径无背索斜拉桥在自振方面的共性。[3]表3Alamillo桥与洪山大桥动力特性Alamillo桥洪山大桥频率(Hz)振型频率(Hz)振型0.291塔侧弯0.2707塔侧弯0.373梁竖弯0.3930梁竖弯0.610梁竖弯0.6329梁竖弯1.087梁侧弯+扭转0.9391梁侧弯+扭转0.9502梁竖弯1.6847梁竖弯图1一阶振型塔侧弯对比这三座桥的动力特性可以发现以下特点。它们
8、的第一振型均为桥塔侧弯振型,基本周期超过3.4s。该振型对桥塔横向地震反应的贡献占绝对优势。方案桥桥塔后倾角度小,为了平衡
