斜拉—懸吊協作體系橋動力響應分析

摘 要：文章以自錨式斜拉-懸吊協作體系橋為工程背景，對這一新型結構體系的動力特性進行研究，建立空間有限元計算模型進行動力分析，得出結構的基本周期和振型，在此基礎上得出其動力特性的特點。

關鍵詞：自錨式斜拉-懸吊協作體系橋；動力特性；自錨式；振型

混凝土自錨式斜拉-懸吊協作體系橋綜合傳統自錨式懸索橋和斜拉-懸吊協作體系橋的許多優點，同時在施工時用臨時錨固措施，但成橋將主纜是錨于梁體從而不需要修建龐大的錨碇，同時解決了傳統的斜拉-懸吊協作體系橋軸力不連續的問題，表現出顯著的結構性能以及良好的技術經濟效益。動力特性是橋梁結構剛度的一項重要指標，對于進行橋梁的抗風、抗震設計以及維護有著十分重要的意義。目前從已有的文獻來看，對自錨式斜拉-懸吊協作體系橋的研究非常之少。目前國內第一座混凝土自錨式斜拉-懸吊協作體系橋-莊河建設大橋已建成通車，以及將要修建的金州海灣大橋，大連港跨海大橋都將采用自錨式斜拉-懸吊協作體系，這種類型協作體系的動力特性和地震反應進行研究將具有十分重要的意義。

1 工程概況

某跨海工程主橋方案采用140m+400m+140m自錨式斜拉-懸吊協作體系，鋼-混凝土組合橋，邊中跨比為0.35：1，單箱四室扁平流線型加勁梁，梁寬27米，高2.8米。扇形密索斜拉索布置。H型雙獨柱主塔，塔身截面為實體矩形，漂浮體系，群樁基礎。主纜的中跨矢跨比1/6，直徑54.3cm，采用85根φ54mm鍍鋅鋼絲繩組成，鋼絲標準強度為1960MPa。吊桿為121×φ7.1mm鍍鋅高強平行鋼絲，鋼絲標準強度為1670MPa。模型參數中，主纜面積1.13×10-1m2，彈性模量2.00×105MPa；吊索面積2.69×10-2m2，彈性模量1.95×105MPa；混凝土加勁梁面積20.70m2，彈性模量3.45×104MPa；鋼加勁梁面積1.36m2，彈性模量2.10×104MPa。

2 有限元模型的建立

采用空間有限元分析橋梁結構的地震反應，對自錨式斜拉-懸吊協作體系橋來說，在建立有限元模型時，對主梁、主塔、纜索、橋墩和基礎的質量、剛度及其邊界條件的模擬極為重要。本模型中采用脊梁橋面系，如圖1。采用空間桁架單元模擬主纜、吊桿及斜拉索。采用梁單元模擬主梁、主塔、橋墩及橫系梁等，鋪裝僅考慮其質量，不計其剛度。在邊界條件方面：主梁與邊墩沿橫向、豎向以及繞縱軸、豎軸四個自由度為從屬關系，沿縱向及繞橫軸放松運動。橋塔在主梁處設豎向支撐，側向則被橋塔約束。

3 動力特性分析

對所建立的有限元模型進行模態分析，得到結構的基本周期和振型。表1給出了特征值計算結果。

4 結束語

文章以自錨式斜拉-懸吊協作體系橋為對象，研究其動力特性，發現主梁豎向彎曲振型在這樣的協作體系橋中總是優先出現，說明穩定性問題比較突出。得出的有限元計算結果可以作為該橋抗震設計的一個依據，對于其它類似橋梁抗震設計，也可以作為一個參考。

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作者簡介：牟瑛娜（1978，05-），女，漢族，山東省牟平，大連海洋大學海洋與土木工程學院，講師，博士，主要研究方向為現代橋梁設計及振動研究。