某钢管混凝土拱桥自振特性分析.pdf

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1、某钢管混凝土拱桥自振特性分析仇帅(河南五建建设集团有限公司，河南郑州450007)摘要：采用有限元软件ANSYs，对一座下承式钢管混凝土桥的自振特性进行了分析。结果表明：该下承式钢管混凝土拱桥主要为桥面及拱肋横向振动、整体竖向振动和扭转掭动三种振动形式，且振型越往后越复杂；该桥梁的桥面、拱肋的横向振动以及整体竖向振动、扭转振动，英相邻模态频率几乎接近，与其它该类桥梁大为不相同。另夕卜，通过各种设计参数的改变，对自振特性进行分析，结果发现，考虑自重及改变混凝土弹性模量对结构自振频率影响不大；减少横撑则影响高阶模态振型

2、；矢跨比对其自振频率的影响不大，但对振型的影响却不尽相同。关键词：粘弹性阻尼器；参数优化；LQR算法；振动控制中图分类号：U“8．22文献标识码：B文章编号：1672—40n{2012)05一0089一030前言桥梁结构的动力特性是其动力性能分析的重要参数，它包括自振频率、振型及阻尼比等，反映了桥梁的刚度指标。它取决于结构的组成体系、刚度、质量分布以及支承条件等，它对于正确地进行桥梁的抗震设计、车振分析及抗风稳定性分析都有着重要的意义。从而可以定性和定量地判别结构状态的改变。l模型建立1．1工程背景该桥为一座下承式

3、钢管混凝土拱桥，采用刚架系杆拱体系，单跨125m共两跨；拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1．1，矢跨比为1／5，拱肋截面采用哑铃形，高度为3m，水平方向的两钢管用缀板联成一体，竖向的钢管之间设竖直腹杆和斜杆。在上、下弦杆主管，缀板内腔充填50号混凝土。主桥主要由拱肋、吊杆和桥面系三部分组成，桥面系包括水平系杆梁、端横梁、中横梁和预制板，为一柔性吊杆刚性拱的空间整体受力结构。计算采用的初始常数为：钢材的弹性模量为E=2．1x105MPa，镀锌钢丝的弹性模量为E=1．9x105MPa，50号混凝土弹性模量为E=3．5×10

4、4MPa，钢材的密度取7850kg／m3，混凝土密度取2600k∥矗。桥面铺装层和桥面其他构造的质量计人桥面板的密度中，以考虑其质量对自振特性的影响，目的是保证自振特性计算的正确性。1．2有限元模型为了确定桥梁的振动特性，采用有限元结构分析通用软件ANsYS进行计算。在桥梁的有限元建模中，系杆、横梁、拱肋和横撑等构件采用空问梁单元BEAM44；吊杆以作者简介：仇帅(1979一)男，本科，助理工程师，主要从事桥梁结构施工技术与管理工作。及水平索(系杆)采用只承受拉力的空间杆单元uNKlo；把板肋看作桥面系的纵梁，用空

5、间梁单元BEAM“模拟，而桥面系用空间粱格法模拟，拱脚与地面交接处为固结，边跨板梁与引桥交接处视为铰结。空间有限元模型如图1所示。(a)整桥模型2计算结果分析(a)横粱截面图1有限元模型2．1本模型计算结果及分析计算模态数量取前30阶，计算结果如表1所示，这里只列出部分频率。振型图如图2所示。如表1所示桥梁前15阶振型的振动特征和图2所示振型图可以看出，该下承式钢管混凝土拱桥的振型比较复杂，总的来看，具有下列几个方面的特点。(1)计算表明振型越往后的振型越复杂。(2)桥面竖向振动表现为下承式钢管混凝土系杆拱桥梁体系

6、的整体竖向振动。(3)桥梁的桥面、拱肋的横向振动以及整体竖向振动、扭转振动，其相邻两阶频率几乎接近，与其它该类桥梁相比是不相同的。(4)竖向振动频率比一般下承式钢管混凝土拱桥大。表1桥梁自振频率和振动特征表2各桥一阶横向、竖向频率表振型阶数频率(Hz)振动特征1O．3975桥面横向l阶振动，拱肋不动2O．3978桥面横向2阶振动，拱肋不动3O．5526拱肋横向1阶振动，桥面不动4O．5549拱肋横向2阶振动，桥面不动5O．6406竖向1阶振动，无横向及扭转6O．8023桥面横向3阶振动，拱肋不动70．8098桥面横

7、向4阶振动，拱肋不动8O．9788竖向2阶振动，无横向及扭转9O．9918竖向3阶振动，无横向及扭转lO1．0336l阶扭转，无横向振动111．11392阶扭转，无横向振动121．2033桥面横向5阶振动，拱肋不动131．2150桥面横向6阶振动，拱肋不动141．4089竖向4阶振动，无横向及扭转151．4878竖向5阶振动，无横向及扭转，=0．6406厂=O．8023，=O．8098图2振型图2．2计算结果比较表2列出了相关文献记录的关于钢管混凝土桥梁的横向及竖向基频Ⅲ，从表中可以看出，相同结构形式的桥型其一基频

8、随着跨径的增加而降低；相同跨径不同桥型之间，下承式拱桥的基频比上承式、中承式的要小。基频(Hz)桥名跨度(m)结构形式横向竖向庙沟大桥76上承式2．721，25福州解放大桥80中承式O．721．56莲沱河特大桥114中承式刚架系杆拱O．591．04石潭西大桥136中承式1．241．25瓷都大桥150中承式1．041．32深圳北站大桥150下承式刚架系杆拱O．