鋼橋面板對單跨簡支鋼桁梁懸索橋動力特性的影響

廣西壯族自治區(qū)蒙山公路管理局 廣西梧州 546700

摘要：懸索橋結(jié)構(gòu)的振動特性參數(shù)（振動頻率、振型及阻尼比）是大橋動力學(xué)性能的決定因素之一，也是結(jié)構(gòu)總體狀態(tài)的一種表征。懸索橋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系問題、抗風(fēng)性能、抗震性能均與大橋結(jié)構(gòu)的動力特性密切相關(guān)。本文采用Midas Civil結(jié)構(gòu)分析軟件建立了某單跨簡支鋼桁梁懸索橋的三維有限元模型，分析了大橋的動力特性，并將有限元分析結(jié)果與大橋的動力性能測試結(jié)果進(jìn)行了比較，在此基礎(chǔ)上對鋼橋面板對結(jié)構(gòu)自振特性的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：懸索橋；動力特性；有限元；脈動試驗

1 工程概況

本橋為主跨1088m的單跨簡支鋼桁梁懸索橋，主纜分跨為（248+1088+248）m，矢跨比為1/10.3，主纜橫橋向間距為28.0m，吊索順橋向間距為10.8m，在主跨跨中處，主纜與鋼桁架之間設(shè)置三對柔性中央扣。主橋加勁梁采用鋼桁架加勁梁，主要包括鋼桁架和正交異性橋面板兩部分。鋼桁架由主桁架、主橫桁架和上、下平聯(lián)組成。主桁架采用整體節(jié)點連接，為帶豎腹桿的華倫結(jié)構(gòu)，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。主塔采用門形框架結(jié)構(gòu)，由塔柱和橫梁組成，包括上塔柱、下塔柱和上橫梁、下橫梁。塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。其總體布置示意圖見圖1，標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見圖2。

圖1 總體布置圖（單位：cm）

圖2鋼桁架加勁梁標(biāo)準(zhǔn)斷面布置示意圖（單位：mm）

2 有限元模型的建立

懸索橋是由索、塔、梁組合形成的一種空間受力結(jié)構(gòu)，在對其進(jìn)行有限元分析時，首先要將結(jié)構(gòu)離散化，即將橋梁結(jié)構(gòu)劃分成若干個單元，各單元之間通過節(jié)點相連。進(jìn)行動力特性分析，建立有限元模型時應(yīng)該著重于結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和邊界條件的模擬。

在建立有限元模型時，鋼桁架加勁梁、主塔均采用空間梁單元模擬，而主纜和吊桿采用只受拉的桁架單元進(jìn)行模擬，其中主纜按吊桿吊點位置進(jìn)行離散，主纜和吊桿的彈性模量采用Ernst 等效彈性模量公式進(jìn)行計算。在模型中鋼橋面板分別按考慮實際截面的單元和局部荷載分別進(jìn)行計算。