大跨度悬索桥动力特性分析.pdf

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1、公路与汽运总第１５３期Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ１７３大跨度悬索桥动力特性分析董胜勇１，王智文２（１．四川纳黔高速公路有限责任公司，四川成都６１００４１；２．长沙理工大学，湖南长沙４１０００４）摘要：大跨度悬索桥是以缆索为主要受力构件的柔性桥梁结构，它对车辆移动荷载、地震荷载、风荷载、等动力激励具有较高的敏感度，因而确定悬索桥的动力特性具有重要意义。文中以南溪长江大桥为工程背景，采用有限元计算程序ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ对该桥的特征值进行分析，在此基础上研究了桥梁结构刚度对动力特性的影响以及其在移动荷载作用下的动力响应。关键词：桥梁；悬索桥；动力特性

2、；结构刚度；动力时程分析中图分类号：Ｕ４４１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－２６６８（２０１２）０６－０１７３－０５悬索桥又称吊桥（ＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＢｒｉｄｇｅ），是一种的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥要的理论意义和工程实际价值。两端）的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类１南溪长江大桥概况型。由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康南溪长江大桥为主跨８２０ｍ的单跨吊钢箱梁检测和维护具有十分重要的意义。随着桥梁跨度的悬索桥，总体布置如图１所示，设计荷载等级为公路增大，加之悬索桥

3、是一种刚度小、变形大的柔性结－Ⅰ级，主缆分跨为１９２ｍ＋８２０ｍ＋３７６ｍ，中跨构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥为悬吊结构，跨中设置中央扣。泸州（南岸）宜宾（北岸）1295891005×4017.8（左线）塔顶IP1320+62×1280+1320=82000塔顶IP6×40003000400点185×4000（右线）点17起.75终.61梁73锚碇IP梁76桥+南隧道锚碇313.06314.61313.06+9桥0121（中水位航迹线包络范围）1KP=0.33%，h=270.70最高通航水位P=5%，H=266.70K最低通航水位H=250.50施工水位H=254.6

4、617点+1.6起98点17梁11.75立面图终6K73龙梁+0桥罗2桥1桥梁中心线K点+52道9溪行起11.88南梁K83平面图人桥图１南溪长江大桥整体布置（单位：高程为ｍ，其他为ｃｍ）主缆在成桥状态下的垂跨比，北边跨为１∶２动力特性分析２３７．５，中跨为１∶１０，南边跨为１∶２１７．６，主缆横桥向中心间距为２９．１ｍ；吊索设于中跨，桥塔侧吊索南溪长江大桥为双塔单跨悬索桥，秉着全桥组距桥塔中心线水平距离为１３．２ｍ，其余吊索水平间合有限元的分析思想，应用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ有限元软距为１２．８ｍ。主梁采用钢箱梁，全桥共分６５个梁件建立计算模型。结构动力方程为：段，其中６０个标准梁

5、段，标准长度为１２．８ｍ，其余５［Ｋ］｛δ｝＋［Ｍ］｛¨δ｝＋［Ｃ］｛δ｝＝｛Ｆ｝（１）个为特殊梁段。索塔为门式框架结构，单个索塔有求结构物的自振特性时，常忽略阻尼的影响。２个塔肢２道横梁，塔肢为空心普通钢筋砼箱形截令［Ｃ］＝０，｛Ｆ｝＝０，则得到结构的无阻尼自由振动面，上下２道横梁为预应力空心箱形截面。南北锚方程为：碇分别为隧道锚和重力式锚。［Ｋ］｛δ｝＋［Ｍ］｛¨δ｝＝０（２）公路与汽运第６期１７４Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ２０１２年１１月其特征方程（即频率方程）为：ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ有限元程序，采用子空间迭代法计算２［Ｍ］）＝０（３）该

6、桥梁结构成桥状态的自振频率和振型。表１列出ｄｅｔ（［Ｋ］－ω求解式（３）的方法比较多，常用的有广义雅可了１～１０阶自振频率及相应振型特征，图２列出了比法、瑞利－李兹法和子空间迭代法，其中子空间迭前１０阶自振振型特征图（因篇幅关系，省略４、５、６代法可以按任意精度逼近精确振型。因此，利用阶特征图）。表１悬索桥前１０阶自振频率及相应振型特征振型阶次频率／Ｈｚ周期／ｓ振型特性１０．０９３９０９９．３４２７２５纵飘，主梁一阶正对称横弯２０．１４８５７４５．９３１２２１主梁一阶反对称竖弯３０．１８６４０５４．６６９８８９主梁一阶正对称竖弯４０．２５７１５０４．１６３３５９主梁二阶正对称竖弯５０

7、．３０３８１８３．４４７８１５主缆一阶反对称横摆，两缆同向６０．３２１８６６３．３３４３７７主梁二阶反对称竖弯７０．３３８１１８３．１１３４４９主梁二阶正对称竖弯，索面横向振动８０．３５４０１１２．９５８４４８主缆一阶反对称横摆，两缆反向９０．３５６８２６２．８１８８５５桥面扭转振动１００．３９４５６０２．８０５２５３主梁一阶正对称扭转第1阶振型第2阶振型第3阶振型第7阶振型第8阶振型第9阶振型第10阶振型图２悬索桥结构振型南溪长江大桥振型具有以下特点：等