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《斜拉索断裂对斜拉桥动力性能的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、研究ResearchandDesign与设计斜拉索断裂对斜拉桥动力性能的影响研究11,2陈云鹤,陈兵兵(1.解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007;2.66055部队,北京100094)摘要:斜拉索断裂后必然会对斜拉桥动力性能产生一定的影响,进而影响到桥梁的通载能力。利用有限元方法针对长江某大型斜拉桥进行数值分析建模,考虑了各种非线性影响因素,对模型施加二期恒载后进行计算检验。验证模型合理性后,针对斜拉索不同断裂位置和数量,对斜拉桥进行了动力性能分析。通过分析得出背索和跨中斜拉索断裂对全桥
2、动力性能影响较大和竖向振型受斜拉索断裂影响较大的结论,可为斜拉桥应急抢修技术方案的制定和平时桥梁的健康监测提供理论依据。关键词:斜拉桥;拉索断裂;动力性能分析中图分类号:U448.27文献标识码:A文章编号:167223953(2009)0620013204斜拉桥结构主要由斜拉索、索塔、主梁三部分组的桥梁动力性能和通载性能的相关研究比较少,因成,其中斜拉索起着索塔与桥面主梁的联系与支承此本文研究具有重要的理论意义和实用价值。作用,是斜拉桥最重要的构件之一。当斜拉索遭到1斜拉桥的计算模型战争和自然灾害等
3、意外破坏后,桥梁结构的应力将发生重分布,严重时会影响桥梁的通载性能。为此,以长江某座大型斜拉桥为例,该桥为主跨648必须计算分析断索后的斜拉桥动力性能的影响规m双塔双索面钢索塔钢箱梁斜拉桥,采用半漂浮结律,为斜拉桥的应急快速抢修和平时健康监测提供构体系。主梁为正交异性板流线型扁平钢箱梁,梁理论依据。高3.2m,宽37.2m。索塔设计为“人”字形,索塔目前国内外关于斜拉桥的动力分析计算,主要外侧圆曲线部分半径720m,高215m,设4道横梁,是考虑设计过程中斜拉桥处于完好状态或者考虑施其中下塔柱及下横梁
4、为50号钢筋混凝土结构,其它工过程中桥梁受力状态,运用有限元方法而进行的部分为钢结构。沿桥向分别设4对过渡墩和辅助墩[124]计算分析,但是对斜拉桥的斜拉索等构件破坏后(如图1所示,其中A,J开头的表示斜拉索)。图1斜拉桥的过渡墩、辅助墩及拉索位置在主梁平面俯视示意图1.1索塔建模是自然的单元节点,截面面积和惯性矩根据桥梁的索塔是斜拉桥的关键结构之一,其通过拉索与截面参数计算得到。钢箱梁相连,又通过下横梁对钢箱梁起支撑作用,因1.2拉索建模此索塔对全桥动力性能有较大的影响。本文采用较拉索的建模可有3种
5、形式:①用单个三维杆单高精度的空间三维梁单元来模拟索塔。索塔的底部元模拟;②用多个三维桁架单元模拟;③用单个或多是深达基岩的桩基,在有限元模型中可以近似认为个曲线索单元模拟。结合拉索实际使用状况,本文塔底部的约束是固结。塔单元的划分不宜太粗,因采用单个三维杆单元对拉索进行建模,将其设为只为单元划分的粗细决定了堆聚质量的分布、振型的能承受拉力,不能承受压力,即受压时处于松弛状形状和地震力的分布。索塔断面变化处、索锚点都态。用Ernst有效弹性模量来考虑拉索的重力垂度和初始应力的影响,使有限元模型尽可能与
6、实际拉收稿日期:2009209210索的受力一致。作者简介:陈云鹤(1969—),男,教授,博士,主要从事道桥工程在具体计算中,本文模拟斜拉索断裂采用的是及交通战备工作190861391@qq.com国防交通工程与技术132009第6期·研究与设计·斜拉索断裂对斜拉桥动力性能的影响研究陈云鹤等设定其在该状态的弹性模量为0,如果斜拉索没有根据斜拉桥实际尺寸建立模型如图2。断裂而是局部破坏,可按照斜拉索受损程度用模量折减的方法进行计算。1.3主梁建模对于扁平流线型钢箱粱主梁,本文采用传统的粱单元来模拟。主
7、梁建模的主要问题就是主梁在空图2斜拉桥的有限元模型间位置的确定,原则上主梁动力模型的坐标轴应通考虑斜拉索垂度效应、结构大位移效应和桥塔过断面的扭转中心,这样,主梁断面的转动惯量才是的梁柱效应等各种非线性因素,计算得到自重作用针对扭转中心的。主梁的模型根据断面形式的不同下斜拉桥跨中位移为1.292m,与文献计算结果[6]有多种模拟方式,其核心就是要实现模型刚度和质1.333m误差为3%,符合误差要求。量与真实结构的等效。本文采用单主梁建模,文献2无断索时斜拉桥动力分析[5]表明这种模型能较好的反映斜拉桥
8、的动力性能。1.4边界条件的模拟根据上述斜拉桥各主要部位的有限元离散分对主梁在过渡墩处约束其竖向和横向位移;在辅析,建立斜拉桥结构空间有限元分析模型,运用[7]助墩处约束其竖向位移;在塔柱处与下横梁设竖向、ANSYS程序并采用子空间迭代法求解桥梁结构横向主从约束;全桥纵向通过设置限位装置约束。的动力特性。具体各阶振型见图3和表1所示。图3斜拉桥各阶振型图表1斜拉桥各阶振型详细描述3拉索断裂对斜拉桥动力性能影响振型顺序频率/Hz周期/s振型10.09487
