斜拉桥有限元建模及动力特性分析 - 图文-

1、78中外公路第31卷第1期2O11年2月文章编号:16712579(201101一0078一03斜拉桥有限元建模及动力特性分析周艳1。宋君超2。潘瑞松3(1.山东建筑大学,山东济南250101;2济南市黄河路桥工程公司;3.山东城市建设职业学院摘要:结合东海大桥主航道桥工程设计实例,考虑结构的非线性,采用大型有限元分析程序SAP2000建立三维有限元模型。以三主梁模式模拟主梁,等效弹性模量法模拟拉索,利用主从约束模拟塔梁的连接及边墩、辅助墩与主梁的连接;主塔与主梁之间设纵向阻尼器,模拟纵向漂浮体系,对模型进行动力分析,得出了一些有益的结论。关键词:斜拉桥;东海大桥;有限元;SAP2000;动力

2、特性1工程背景东海大桥主航道桥采用跨径73+132+420+132+73830m的五跨双塔单索面组合箱梁斜拉桥(图1,在主塔墩、边墩及辅助墩处均设置2个纵向活动支座,形成具有抗扭支承的纵向漂浮体系,主梁采用单箱三室截面,桥面宽度33m,箱梁底宽20m,梁高4.O m,梁上索距8m,横梁间距4m;桥塔采用倒Y形,塔高148m,桥面以上部分塔高100m,为适应单索面拉索锚固,上塔柱收缩成一个单柱,为单箱双室截面,拉索在两个室内分开锚固,塔上索距2.O m;拉索采用高强度镀锌平行钢丝束,冷铸锚,间距1.9m双排布置,全桥共有拉索192根。图1东海大桥主航道斜拉桥布置图(单位:m2有限元模型的建立2.

3、1整体有限元模型概述考虑到结构的非线性分析,采用大型有限元程序SAP2000来建立东海大桥主航道斜拉桥的整体三维收稿日期:201006一04基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50908135作者简介:周艳,女,硕士,讲师.Email:zhouyan2002100 有限元模型,见图2,模型主梁采用三主梁模式,塔、边墩和辅助墩采用梁单元模拟,材料和截面特性分别见表1;斜拉索采用杆单元模拟,但考虑了垂度效应和恒载引起的几何刚度的影响,材料和截面特性见表2,斜拉索的弹性模量采用考虑非线性影响的修正弹性模量,见式(1;桥梁基础也采用梁单元模拟;钢一混凝土组合梁采用等效换算材料的梁单元模拟;横隔梁

4、采用刚臂模拟。驴本式中:E。为修正的弹性模量;E为未考虑斜索重度的弹性模量,取2×108kPa;,.为斜拉索单位体积的重度,取78.5kN/m3;盯为斜拉索的应力;Z为斜拉索水平投影长度。图2东海大桥主航道斜拉桥有限元模型有限元计算模型的总体坐标系以顺桥向为X轴,横桥向为y轴,竖直方向为Z轴。主跨塔梁连接处、边墩和辅助墩与梁连接处的横桥向、竖桥向的线位移 约束和扭转角位移约束均为主从约束;主塔、边墩和辅 80中外公路第3l卷表4斜拉桥固有振动频率及振型阶数振型周期/s频率/Hz阶数振型周期/s频率/Hz1纵漂8.604O.11612阶反对称侧弯o.9071.1022一阶对称竖弯3.1

5、58O.31713三阶反对称竖弯o.8761.1423双塔同向侧弯2.772o.36114边墩同向侧弯o.8441.1854双塔反向侧弯2.769o.36115边墩同向纵弯o.8351.1985阶反对称竖弯2.236o.44716边墩反向纵弯o.8301.2056一阶对称侧弯1.953o.51217一阶反对称扭转o.8111.2337一阶对称扭转1.598O.62618辅助墩同向纵弯o.8041.2448二阶对称竖弯1.498O.66819边跨扭转o.8021.2479二阶反对称竖弯1.114O.89820二阶对称扭转0.7951.25710三阶对称竖弯1.078o.9272l辅助墩反向纵弯o

6、.7441.34411边跨侧弯O.9311.07522辅助墩同向纵弯o.7401.3513结论(1模态动力分析发现,纵桥向漂浮出现很早(第1阶振型,漂浮体系的斜拉桥振动周期一般较长,普通结构的周期为2s以内,而大跨度斜拉桥的基本周期一般超过5s,本桥周期为8.604s。(2桥塔的抗弯刚度不大,出现侧弯较早。(3主梁的抗扭能力比主梁抗弯能力强,第7阶振型出现反对称扭转。(4主梁横向抗弯能力比竖向抗弯能力强,主梁侧弯出现均晚于竖弯。(5斜拉桥具有密布的频谱。大跨度斜拉桥的模态比一般的结构密集得多,在一个较宽的频率范围内,许多振型都可能被动力荷载激起强烈的振动,所以对大跨度斜拉桥一般采用lO阶以上的

7、振型情况分析。参考文献:1陈明宪,斜拉桥建造技术M.北京:人民交通出版社,2004.2张为,赵星,刘明高,等.斜拉桥有限元建模和动力特性分析J.铁道建筑,2006(3.3zhang Q.w.,zhou Y.Investigation of the Applicabilityof Current Bridge Heahb MDnitoring Techno】ogyJ.Structure and Infrastructure Engineering,2007,3(2:159168.4张启伟,周艳.桥梁健康监测技术的适用性J.中国公路学报,2006(6.5宋雨,陈东霞.斜拉桥动力特性分析J.厦门大学

8、学报: 自然科学版,2006(1. 斜拉桥有限元建模及动力特性分析作者:周艳, 宋君超, 潘瑞松作者单位:周艳(山东建筑大学,山东,济南,250101, 宋君超(济南市黄河路桥工程公司, 潘瑞松(山东城市建设职业学院刊名: 中外公路英文刊名:JOURNAL OF CHINA & FOREIGN HIGHWAY年,卷(期:2011,31(1被引用次数:2次参考文献(5条1.陈明宪斜拉桥建造技术 20042.张为;赵星;刘明高斜拉桥有限元建模和动力特性分析期刊论文-铁道建筑 2006(033.Zhang Q.W;Zhou Y Investigation of the Applicabili

9、ty of Current Bridge Health Monitoring Technology 外文期刊 2007(024.张启伟;周艳桥梁健康监测技术的适用性期刊论文-中国公路学报 2006(065.宋雨;陈东霞斜拉桥动力特性分析期刊论文-厦门大学学报(自然科学版 2006(01本文读者也读过(10条1.李艳.崔育家.张金木用SAP2000分析影响空间三角形桁架受压腹杆稳定性的因素期刊论文-四川建筑2009,29(62.李照亮.LI Zhao-liang基于SAP2000的钢井架静力弹塑性分析期刊论文-煤炭工程2010(93.郭建民.熊正元斜拉桥在施工双悬臂状态下受斜交风作用时的抖振响应

10、分析期刊论文-中外公路2010,30(64.王志贤使用钢管主梁的斜拉桥的静力和空气动力研究期刊论文-世界桥梁2009(35.徐关尧.何晓辉.黄山井SAP 2000在"321"装配式公路钢桥弦杆螺栓受力分析中的应用期刊论文-钢结构2009,24(96.张家琪.廖维敏.吴雁江.ZHANG Jia-qi.LIAO Wei-min.WU Yan-jiang基于SAP2000分析的钢拱结构设计期刊论文-山西建筑2008,34(137.杨彦军.孙铁钢.YANG Yan-jun.SUN Tie-gang基于SAP2000软件的连续刚构桥承载能力分析期刊论文-山西建筑2008,34(298.白鹏浅析500kv耐张塔在风荷载作用下的极限承载力期刊论文-华章2011(99.陈泉.闫兴山.余嵘峰.Chen Quan.Yan Xingshan.Yu Rongfeng大跨连拱拱桥动力特性及地震反应分析期刊论文-交通科技2011(110.倪燕平.赵会东.周世军.Ni Yanping.