劉增光+王文英

摘 要：以珠江虎門大橋為例，建立懸索、加勁梁、主塔及整橋有限元模型進行模態(tài)分析，可以了解結構的固有模態(tài)參數(shù)——頻率、振型等，設計時可避免結構因發(fā)生共振而破壞；同時給設計工程人員提供一定的參考價值。

關鍵詞：虎門大橋；有限元；模態(tài)分析

有限元法以其精度可控，仿真功能強大，使用方便成為建立結構分析模型的首選。模態(tài)分析是確定結構固有的動態(tài)特性的直接方法，只有對結構模態(tài)有清楚的了解，才能使所設計的結構避免因動載荷引起的結構大幅度低頻振動。以此為基礎可以對懸索橋結構的合理性進行進一步的研究。

1 主纜的模態(tài)分析

對于主纜在考慮彎、扭剛度與不考慮彎、扭剛度的情況下進行模態(tài)分析，以探求主纜彎、扭剛度對其模態(tài)參數(shù)的影響程度。模態(tài)分析后，將兩種情況下的振型與頻率列于下表1中。由結果我們可以看出，對于單獨的主纜的模態(tài)分析，彎曲剛度對模態(tài)參數(shù)的影響較小，可以不予考慮，但是隨著主纜的直徑增加，彎曲剛度的影響也將增大，對于整橋而言，主纜彎曲剛度的影響也會增大，應予考慮。

2 主塔的模態(tài)分析

采取實體單元直接在結構上生成有限元模型時，由于實體橋塔結構有很小的倒角，因此為避免單元的奇異性網格必須化的非常細致，單元節(jié)點大幅度增加導致計算時間的延長，因此采用空間梁單元Beam188形成的主塔有限元模型，在塔底部固定、上端自由的邊界條件下，進行模態(tài)分析，所得的固有頻率見表2。

3 整橋的模態(tài)分析

以虎門大橋有限元模型為分析對象，在計及整橋自重引起的預應力影響的前提下，進行模態(tài)分析，圖1為整橋前四階振型與頻率。

總之，求出結構的固有頻率之后，可以根據外加動載荷的頻率，改善和優(yōu)化結構，將其固有頻率控制在合適的范圍內，以避免當外加動載荷的頻率與結構的某一固有頻率接近時出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導致結構的振幅過大而破壞。

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作者簡介

劉增光（1980-）男，山東煙臺龍口，專科，助理工程師?，F(xiàn)就職于山東康達精密機械有限公司。

王文英（1981-），女，山東青島膠南，碩士研究生，講師。現(xiàn)任煙臺南山學院教師。