Y形墩连续刚构桥动力特性分析.pdf

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1、器桥梁工程BridgeEngineeringY形墩连续刚构桥动力特性分析陈伏立(福州市规划设计研究院。福建福州350003)摘要：利用MIDAS有限元分析软件，建立Y形墩刚构桥的三维空间计算模型，分析了此类桥梁的动力特性，其结果可供类似桥梁设计及检测时参考。关键词：桥梁；Y形墩；连续刚构；动力特性中图分类号：U441．3文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)05-42056-03AnalysisofDynamicPerformanceofY-ShapeContinuousRigidFr

2、ameBridgeChenFuliY墩连续刚构是从V墩连续刚构演变而来的桥型，具有连续梁和斜腿刚架的受力特性，这种桥型与相同跨径的连续梁桥相比，结构轻巧美观，是城市跨河桥梁的较好桥型。l工程概况福建省闽清县天行大桥工程位于闽清县城关原电瓷厂附近，属于城市中心区。该桥桥长110m，桥面宽度16m，桥跨组合为30m+50m4-30m。上部结构为预应力混凝土变截面连续刚构箱梁．下部结构桥墩采用Y形墩，基础采用钻孔灌注桩(见图1)。图1桥型立面图(cm)变截面连续刚构箱梁采用单箱双室截面，总宽16m。箱梁跨中

3、及边跨端部梁高为1．6m．根部梁高2．7nl，Y墩中心处梁高2．4m，梁高从合拢段边到悬臂根部及从Y墩中心处到悬臂根部均按圆曲线变化。顶板厚度为25～45cm，底板厚度从跨中25cm按圆曲线变化到根部50cm，腹板厚度为50---90cm，悬臂长为2．50m。悬臂部分厚度0．15～0．45m(见图2)。箱梁无横坡，桥面横坡由混凝土铺装层形成。中横梁宽度为2．5m，端横梁宽度为1．2m。主梁采用C55混凝土。主墩56辛篮投毒一E『2010No．5(Sep．)V01．28采用Y形墩，Y墩上部壁厚1．2"1

4、．4m，下部壁厚1．6m，墩宽7m；Y墩上部采用C55混凝土．下部采用C50混凝土。图2箱梁断面图(cm)该桥设计荷载为城一A级，计算行车速度40km／h。设计安全等级一级，设计环境类别I类，采用支架现浇施工。为了解该桥的动力特性，同时给同类结构的设计积累经验和数据，笔者以该桥为对象建立了三维空间动力计算模型，分析此类桥梁的动力特性。2有限元分析模型的建立采用大型桥梁专业分析软件MIDAS建立Y墩变截面连续刚构桥的有限元计算模型。模型中．箱梁和桥墩均采用三维空间梁单元，其2个节点各有6个自由度，即3个

5、线位移和3个角位移。模型基本假定如下：1)该桥为平桥，在模型中未考虑纵坡的影响。2)只考虑梁的圣维南扭转。3)为简化计算，模型中未考虑桩土效应．将各墩在相应的承台顶面直接固结，因该桥承台处于中密卵石层。且桩基均为嵌岩桩。桥梁工程器BridgeEngineering由于结构的振动特性主要取决于结构材料的弹性模量、截面的几何特性、边界条件及质量分布情况．因此，必须准确地模拟构件的刚度、质量及边界。该桥有限元模型中主梁结构采用变截面的三维空间梁单元进行模拟，梁单元的刚度即为纵梁本身的刚度。但梁单元的质量除了

6、自重外，还包括桥面铺装、人行道、栏杆、路灯及过桥管线等桥面系的质量。该质量作为均布质量作用于梁单元上。不改变主梁单元的其他性质。桥墩采用变截面的{维空间梁单元进行模拟。箱梁与桥墩采用弹性主从连接。桥台设两橡胶支座与箱梁相连，仅设竖向和横向约束。全桥模型如图3所示，共162个单元，169个节点。图4全桥前12阶振型图图3空间有限元模型3动力计算结果采用子空间迭代法进行空间动力模型的特征值求解。图4为该桥前12阶振型图，表1列出了该挢前12阶振型的白振频率和振型特点。由表1和图4可知．第1阶振型是以主墩的

7、顺桥向面内振动。同时主梁面内竖向振动和顺桥向漂移耦合形成的复杂的振动形式，主梁纵漂加竖向弯曲变形，Y墩同向振动．反映了主墩刚度和主梁刚度对该桥的动力特性具有基本一致的影响。该桥主梁的截面惯性矩比主墩的截面惯性矩大出较多．表明尽管Y墩高度较低，但纵桥向仍保持了一定的柔性，同时，这一振型表明连续刚构桥的固有振动首先出现在刚度较小的部位，另外，这一振型对结构在横向荷载作用下是有利的。第2阶振型出现主梁横桥向转动和主墩的扭转，表明因端部板式橡胶支座的约束较弱，且Y墩刚构桥的横向约束较弱．Y墩在横向荷载作用下易

8、出现扭曲情况。第3阶、第4阶振型出现主梁和主墩的面外振动．即主梁的横桥向弯曲和主墩的侧倾。全桥的最大振幅均出现在主梁梁端．反映了Y墩连续刚构桥在横桥向的约束较弱。在横向不平衡荷载作用下，易产生侧倾变位，为了提高桥梁的侧倾稳定性，应加大主梁梁端的横向约束冈Ⅱ度。第5阶、第6阶、第7阶振型再次出现了主梁的面内竖弯．说明该桥高阶振型的竖向刚度大于横向刚度。该桥与采用V型墩连续刚构的义乌市宗泽大桥的自振特性对比见表2。表l全桥前12阶自振频率和振型特点(下转第6