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1、2008NO.13科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工业技术大跨度桥梁基础在船舶撞击作用下的模态分析刘锋(广州市穗高工程监理有限公司广州510045)摘要：船舶撞击桥梁的事故越来越多,引起了桥梁界的普遍关注。桥梁基础在船舶撞击作用下的模态分析能够帮助正确评估桥墩的抗撞击能力。本文对搜集的12座大跨度桥梁主桥基础分别建立的实体有限元模型进行模态分析,得到基础在撞击作用下振动的一般规律,可供桥墩防撞设计参考。关键词：船撞桥动力放大系数有限元模态分析中图分类号：TU7文献标识码：A文章编
2、号：1672-3791(2008)05(a)-0019-02随着交通运输业的蓬勃发展,跨越港获得静态位移响应,再乘以动力放大系数计算所需要的结构前若干阶特征值,是较区及通航江河的大型桥梁越来越多,而与m便得到撞击力作用下的桥梁基础的动力为经济的[3-5]。D此同时,全世界船舶也正向大型化、高速位移响应。3.2模态分析化发展,艘次和吨位都不断增加,这使得船本文对所收集的大跨度桥梁如表1所舶撞击桥梁的灾难性事故日益增多。目3模态分析示,利用后面将采用大型通用有限元程序前,船桥碰撞这一课题已经引起了世界各由于船桥碰撞的
3、撞击力是一个随时间ANSYS来计算结构的自振特性,故采用国的广泛关注。变化的任意荷载,动力放大系数的正面求ANSYS程序中的子空间迭代法来进行求一般来说,船舶撞击桥梁基础结构的解是非常困难的,我们可以通过大量的计解。动力分析是计算难度和分析规模非常大的算,来总结出动力放大系数与结构固有频大跨度桥梁主桥基础的空间有限元模工作,要分别考虑船舶的构造、桥梁的构率w和撞击时间t的一般规律,而要进行动型的建立采用实体单元Solid45模拟桩基造和水流等因素进行具体建模,对其碰撞力分析的第一步就是要对结构进行模态分和承台混凝
4、土；采用弹簧—阻尼单元过程进行LS-DYNA仿真模拟才能得到二析。Combin14模拟桩土的相互作用；采用三维者复杂的非线性动力响应。故桥梁专业设模态分析用于确定结构的振动特性(固梁单元Beam4模拟上部结构的墩或塔；采计人员在初步设计时必须要对船撞桥墩进有频率和振型),它们是承受动力荷载结构用质量单元Mass21模型上部结构的质量。行复杂的非线性动力分析来拟定基础结构设计中的重要参数。同时也可以作为其他限于篇幅只列前4座大桥的模型图,如图的尺寸,其工作量非常大,极为不方便。因动力学分析问题的起点,是进行谱分析和
5、1～4所示。此在保证工程精度的情况下,有必要对船模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析分别对有无上部结构的模型进行有限桥碰撞过程进行简化。所必需的前期分析过程。元模态分析,结果如表2所示。3.1模态求解的方法从表2我们可以看到,有无上部结构的1船撞桥的力学简化求解结构t阶自振频率的方法很多,常模型中,结构的一阶固有频率相差很小,在船舶撞击桥梁时的行驶速度往往不用的有逆迭代法、行列式搜索法、瑞利—6%之内；二阶和三阶固有频率相差也是比大,属低速撞击,再加上船舶相对桥梁基础李兹法、广义雅可比法、QR法、子空间迭较小的。
6、由动力学知识可知结构的结构的结构来说是相对柔性的,船舶特别是船艏代法、Lanczos法等。在有限元动力计算中动力放大系数中贡献最大一般是一阶固有位置的构件会随着撞击过程的进行不断地用得比较普遍的是行列式搜索法和子空间频率、其次是二阶、再次是三阶。故我们屈服,因此船舶撞击桥梁基础其撞击力实迭代法,其中行列式搜索法是逆迭代法和可以忽略上部结构的影响,建立只有桩基、际上是一个先增加又减小再增大又减小不斯特姆(Sturm)序列的结合,它具有速度快、承台和桩土相互作用的模型进行模拟,得断重复直至最大值,随后由于基础结构开精
7、度高、不失根等优点,使用于总体刚度到各大跨度桥梁主桥基础的前5阶固有频始振动,撞击力又是一个先减小又增加再矩阵带宽较窄、能全部存入内存的情况；率,如表3所示。减小又增加不断重复直至为零。由此可知对于大型结构,用子空间迭代法可以直接从表3中,我们可以看到各主桥基础结船舶对桥梁基础结构的撞击是一个任意荷表1载作用下的动力响应过程。2动力放大系数的引入由瞬态动力学的知识可知,结构的动力位移响应y=my,其中m为动力放大系DstD数,y为相同幅值静力作用下的位移响应,st可见动力放大系数是架起动力响应与静力响应之间的桥梁
8、。动力放大系数m是基础D结构的固有频率w、撞击作用时间t的函数和阻尼比z的函数,即：m=m(www,t,z)(1)D12n由于船舶撞击桥梁的过程是短暂的,其撞击时间一般在3～5s之内,因此可以忽略阻尼的影响[1][2],故(1)式可以写成：m=m(www,t)(2)D12n因此桥梁设计者在通过其他渠道获得撞击力后,可以用该撞击力进行静态加载科技资讯SCIENCE&TECH
