連續(xù)剛構(gòu)橋與拱橋動力特性對比分析

王 浩

(山西省公路局長治分局，山西 長治 046000)

1 概述

橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性包括固有頻率和振型,是結(jié)構(gòu)動力分析、抗震分析的重要參數(shù)，是進(jìn)行諧響應(yīng)分析、譜分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析的基礎(chǔ)[1]。橋梁結(jié)構(gòu)的動力分析，最常見的動力參數(shù)包括頻率，振型和阻尼[2]。

連續(xù)剛構(gòu)橋和拱橋是比較成熟的橋型,大量應(yīng)用在高等級公路和市政工程中[3]。本文主要對比了兩座類似跨徑的連續(xù)剛構(gòu)和拱橋在動力特性上的特點。

2 動力特性對比分析

由于在結(jié)構(gòu)動力特性分析中，一般情況下結(jié)構(gòu)前若干階自振頻率和振型起控制作用，因此，只需求結(jié)構(gòu)的前若干階自振頻率和振型。

2.1 連續(xù)剛構(gòu)橋

連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋。本文選取一座(95+125+95)m的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，有限元模型見圖1，前10階振型見圖2，前10階模態(tài)動力特性值見表1。通過計算分析知：

1)該橋的頻率比較高，說明該橋的剛度較高。

2)該橋周期較短，對結(jié)構(gòu)抗震不利。

3)扭轉(zhuǎn)振型直到第30階都未出現(xiàn)，說明了本橋的扭轉(zhuǎn)基頻較高。由于本橋采用箱型截面，具有較大的抗扭剛度。

階次周期頻率振型描述11.777 70.849 1側(cè)彎20.967 91.033 2正對稱豎彎30.689 41.450 5反對稱豎彎40.566 41.765 3反對稱豎彎50.466 02.146 0正對稱豎彎60.465 02.150 4正對稱側(cè)彎70.358 62.788 7反對稱豎彎80.293 13.411 4反對稱側(cè)彎90.277 83.600 0反對稱豎彎100.276 43.612 8正對稱豎彎

2.2 拱橋

拱橋結(jié)構(gòu)主要承受壓力，故可用磚，石，混凝土等抗壓性能良好的材料建造。本文選取一座跨徑為280 m上承式拱橋，有限元模型見圖3，前10階模態(tài)振型如圖4所示，表2給出了該拱橋前10階模態(tài)的動力特性。通過計算分析可知：

1)該橋的一階頻率，即基頻0.194 4 Hz，與同等跨徑的拱橋相比，基本頻率較低，說明拱橋結(jié)構(gòu)剛度較小，結(jié)構(gòu)比較柔軟，對抗震吸收能量有利。

2)低階振型為豎彎模態(tài)，說明大橋豎向剛度較小,尤其橋面剛度更宜加強。

3)該拱橋周期相對梁橋周期較大，相對來說對抗震有利。

表2 拱橋前10階模態(tài)的動力特性

3 結(jié)語

本文計算分析了一座連續(xù)剛構(gòu)橋和一座拱橋的動力特性，通過分析得知，一般情況下，拱橋基頻要低于連續(xù)剛構(gòu)橋，拱橋振動周期較大，對結(jié)構(gòu)抗震有利。在振型的對比中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)剛構(gòu)橋扭轉(zhuǎn)振型直到第30階都未出現(xiàn)，說明了本橋的扭轉(zhuǎn)基頻較高，因此在地震的作用下，主梁一般不會出現(xiàn)彎扭失穩(wěn)現(xiàn)象。而拱橋在前幾階就出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)彎曲，這說明在彎扭失穩(wěn)方面，混凝土剛構(gòu)橋性能更好。