拓宽混凝土拱桥动力特性分析.pdf

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1、2013年3月第3期城市道桥与防洪桥梁结构75拓宽混凝土拱桥动力特性分析叶琳(深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳518029)摘要：以某座拓宽后最大宽跨比为1．4的混凝土拱桥为例，介绍了大宽跨比的混凝土拱桥的动力特性。首先介绍了桥梁的基本情况以及该桥的环境振动测试，然后利用实体单元建立了该桥的空间有限元模型，最后，通过实测和计算的结果比较分析了大宽跨比的拓宽混凝土拱桥的动力特性。研究结果可以为拓宽的混凝土拱桥动力分析提供参考。关键词：拓宽石拱桥；大宽跨比；空间有限元模型；动力特性分析中图分类号：U448．22文献标识码：A文章编号：1009—771

2、6(2013)03-0075-04再由采集仪采集大量的加速度信号。3个测试跨三1桥梁概况个方向各分别有3个测站。采样频率500Hz，滤波某混凝土石拱桥全长151．6In，跨径布置为300Hz，每测站采样时间为10min。测试情况见图3。l×15．3m+3×22．0m+l×10．2m+l×10．5m+1×3有限元分析模型7．4In+1×8．0m+l×10．01TI，共计9孑L(见图1)，桥面净跨宽为7．0m+2×0．25in护轮带。前5孔采用大型有限元结构分析通用软件ANSYS建为椭圆弧混凝土拱桥，后4孔为圆弧石拱桥，矢跨立有限元模型]，对第三跨、第四跨

3、、第五跨分别比因跨径不同而变化详见表1。20世纪90年该桥建模，建立时采用实桥尺寸。进行了拓宽改造，在旧桥下游并排新建一座桥，两3．1有限元模型桥中间设置1．511现浇带。新桥上部l#一5#孔按模型采用笛卡尔三轴坐标。建立第三跨有限元原桥形式修建，6#～9#跨采用现浇混凝土空心板模型时，拱圈、拱上建筑、空心板梁以及桥面铺装梁。下部结构：桥台采用重力式u型台，桥墩：l#～层均采用Solid45单元模拟，用Combin14模拟实桥5#墩采用现浇片石墩，6#8#墩为砌石轻型墩。两侧竖向、横向和纵向约束状况。第三跨共有节点基础：桥台为砌石扩大基础；1#～5#墩

4、为现浇片石20000个，单元16546个；第四跨共有节点20000基础，6#～8#墩为砌石基础。个，单元16546个；第五跨共有节点12244个，单桥梁设计荷载为汽一20、挂车一100，改造后桥元9484个。模型见图4。面宽度为15In。0#台、5#墩顶、9#台顶桥面各设3．2材料参数置一道板式橡胶伸缩缝，支座采用板式橡胶支座。根据相关设计资料，结合环境振动测试和试验2环境振动试验模态识别的结果，通过有限元模型修正的方法1确定的混凝土及加固钢板基本材料参数：(1)第三跨2．1测点布置主拱圈弹性模量E=2．3×104MPa。密度为2560kg／m；布置测

5、点数量及测点位置的原则是，能够测泊松比0．167；拱上建筑弹性模量E=2．4×10MPa。得主桥前几阶的自振频率及振型。该桥由新桥和密度为2850kg／m；泊松比0．15；桥面铺装层E=旧桥组成，对第三、四、五跨拓宽的混凝土进行环3．45×10MPa。密度为2560kg／m；泊松比0．167。境振动测试，测点在横桥向分为三排分别安排在(2)第五跨主拱圈弹性模量E=2．3×104MPa。密度新旧桥的两侧和桥面中心线。利用1O个三向加速度传感器按不同跨来进行测试，参考点放在第三为2560kg／m；泊松比0．167；拱上建筑弹性模量跨第四跨交界处。其中第三跨

6、和第五跨的传感器E=2．69×10MPa。密度为2850kg／m；泊松比0．15；具体测点布置见图2。桥面铺装层E=3．45×10MPa。密度为2560kg／m；2．2环境振动测试泊松比0．167。对该桥进行了环境振动测试。测试时桥梁振3．3边界条件动的加速度信号由传感器拾振，并通过放大器放大根据实桥具体情况施加边界约束，在拱桥两侧和空心板梁桥的支座处施加横向、纵向和竖向弹收稿日期：2012—12—07簧，以模拟各跨两边的边界条件。各弹簧的具体参作者简介：叶琳(1981一)，女，福建三明人，工程师，从事桥梁设计工作。数见表2。2013年3月第3期城市道

7、桥与防洪桥梁结构8l况下，体外索的自由长度不大于10In时『4_，体外索的频率能与梁河车辆激励频率相互错开，且有具有一定的安全度，这样就可以有效地避免共振现象的产生；当体外索自由长度大于10nl，可以设置定位装置或减震装置；当具体桥梁的频率已测得时，也可通过震动分析，验算其自由长度，确保体外索的自振频率为外部荷载激励频率的3～5倍。4结语注：纵轴表示体外索的频率(Hz)，横轴表示体外索的自由长(1)对于一般采用钢绞线作为体外预应力加固度(Il1)。索的结构，弯曲刚度影响系数较小，可以忽略不图4体外索的基本频率与其长度的关系图计，而统一采用式(5)计算。

8、由图3、图4和表3可发现：体外索的自振频(2)采用体外预应力加固法加固时，体外索的率随着张拉应