賀玉娥

(貴州省銅仁公路勘察設計院)

鋼管混凝土拱連續(xù)梁橋的動力特性探析

賀玉娥

(貴州省銅仁公路勘察設計院)

主要是結合實際的例子并通過三維有限元模型的建立來對其動力特性展開了說明和分析，并在此基礎之上對結構參數(shù)對橋梁動力特性的影響展開了分析和探討，并合理指導該類型橋梁結構的設計，這樣一種設計和說明都是具有實際的意義。

鋼管混凝土連續(xù)梁橋;動力特性;有限元

1 背景簡介

在現(xiàn)代的橋梁建設環(huán)境下，因其固有的特質和需要，使得橋梁建設的跨度始終不斷增大，還具有輕薄化的趨勢，在這樣一個過程當中，人們逐漸開始關注大跨度鋼管混凝土拱連續(xù)梁橋的抗震、抗風以及車輛載荷沖擊振動等一系列的動力問題，這主要是因為這樣一系列的動力特性問題對于整個橋梁安全性能以及使用性能都有著較大的影響。在實際的工程條件下，橋梁的動力性能主要是取決于橋跨結構的組成體系以及各個構件的實際剛度，除此之外，橋梁本身的質量分布以及支撐條件也會對其產生一定的影響，正是因為這樣，我們才需要切實的對鋼管混凝土拱橋進行必要的參數(shù)分析，以此來最大程度的認識和了解各種參數(shù)對于不同橋型動力性能的實際影響，以此來較好的指導該類型橋梁結構的設計。

2 有限元模型及荷載簡介

橋梁的自振特性是由其結構的組成體系、剛度、質量分布以及約束條件等一系列的因素所共同決定的，正是因為這樣，我們在進行其結構計算模型的構建和模擬時就需要切實的注意其剛度、質量以及邊界條件的模擬，實際上，也正是這樣三種因素的共同作用直接性的決定了結構的特性，下文中將結合具體的內容來對這樣三種因素模擬的要點展開說明和分析。結構的剛度模擬主要就是模擬其桿件的軸向剛度、彎曲剛度、剪切剛度以及扭轉剛度，有的時候甚至還需要模擬其翹曲剛度或者是桿件之間的連接剛度;而結構的質量模擬則更多強調的是桿件平動質量以及轉動質量的模擬;邊界模擬則是強調其與支撐條件之間的相符程度以及協(xié)調性。

鋼管混凝土拱橋本身的結構形式較為復雜，因此在本文中就將建立起一種有限元橋梁模式，通過對拱肋、主箱梁、橋墩以及橫撐等采用空間梁單元建模。通過動力學勢能的駐值原理來建立起橋梁剛度、質量以及阻尼的矩陣從而得到我們所需要的動力平衡方程。下文中將進行進一步的分析、說明和介紹。

3 動力特性分析

在對橋梁結構的剛度以及質量進行分析時，自振頻率實際上是一個非常重要的指標，這主要是因為自振頻率是橋梁結構進行動力分析的必要基礎之一。主振型主要決定的是結構動力相應狀態(tài)發(fā)生的狀況，在實際進行模擬操作的時候，可以根據(jù)已經建立起來的計算機模型并利用子空間迭代法來對橋梁前階段中的自振頻率以及振型進行分析，并在此過程中進行振型特征的說明和分析。一般來說，橋跨結構面外的橫向振動影響要遠遠大于面內豎向振動影響，這也正是鋼管混凝土拱橋結構的共性所在。

4 橋梁動力特性影響因素分析

4.1 橫撐布置對橋梁動力特性的影響分析

在不改變橫撐截面尺寸以及材料特性的情況下我們可以考慮以下幾種模型：一是直接采用全橋設置橫撐的方案;二是采用去掉所有橫撐做成敞口拱的形式;三是去掉腳處橫撐保留其他全部橫撐的方案;四是保留腳處橫撐去掉其他全部橫撐的方案。在實際的工程環(huán)境下，橫撐的設置對于全橋的動力特性影響還是非常之大的，橫撐的加設能夠極大程度的提高整個橋梁的外剛度;除此之外，橫撐設置的位置同樣是對橋梁的橫向剛度有較大影響，因此其在工程環(huán)境下的設置就需要根據(jù)實際需求來進行。

4.2 主拱肋對橋梁動力特性的影響分析

在對主拱肋對橋梁動力特性的影響進行分析時首先要保證其管材材料的性質不發(fā)生改變，在此基礎之上還需要保證其鋼管的含鋼率在應用的過程當中不發(fā)生改變，在這樣一種狀況下來探討其方案。隨著肋拱截面面積的增大，橋梁的自振頻率也會相應的增大，且其增大的程度還比較大，這就說明，在工程環(huán)境下是可以通過拱肋截面面積的增大來提高全橋的自振頻率的。

4.3 約束條件對橋梁動力特性的影響

在橋梁動力特性的模型當中，其約束條件主要是：保持兩拱肋始終處于固結的狀態(tài)，而兩邊墩則采用鉸接的形式來對其橫向以及豎向的位移予以約束，中墩則采用單排的支座來約束其橫向以及豎向的位移。在這樣一種明確的約束條件控制作用下來對以下幾種具體的情況進行說明和分析。一種就是原模型的約束邊墩方式不變，而兩中墩采用雙排支座;另一種就是在原模型約束的基礎上來約束兩中墩的縱向線位移。經過實際的計算結果分析和對比發(fā)現(xiàn)，模型一說明雙排支座可以明顯提高整個橋梁的剛度，模型二的狀況對于橋梁豎向剛度的提升也有較大的作用和貢獻。

5 結論和建議

通過一系列的對鋼管混凝土連續(xù)梁橋的動力特性分析提出了一下幾個方面的結論和建議：一是鋼管混凝土拱連續(xù)梁拱橋跨截面外的橫向振動要明顯的強于截面內的豎向振動影響，除此之外，就是橋梁本身橫向剛度的問題也是非常之突出的，應當在實際的工程環(huán)境下得到足夠的關注和重視;二是在進行變化設計參數(shù)的設計時發(fā)現(xiàn)，橫撐的數(shù)目以及位置對于鋼管混凝土拱連續(xù)橋梁的自振特性影響比較大，尤其是在其跨中的時候就更加的明顯，正是因為這樣，我們可以通過橫撐數(shù)目的適當增加來實現(xiàn)結構面外剛度的提升。主拱肋剛度的變化對于整體剛度的影響也比較大。最后一點就是從動力性能的角度上來分析的話，對于鋼管混凝土拱連續(xù)梁橋來說雙排支座也優(yōu)于單排的支座。

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2012-06-11