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时间:2020-03-27
《Y形墩连续刚构桥动力特性分析.pdf》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、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
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