【成桥状态及施工状态结构动力特性分析2400字】

成桥状态及施工状态结构动力特性分析目录TOC\o"1-2"\h\u16469成桥状态及施工状态结构动力特性分析 1159671.1大桥结构及基本尺寸 1319651.2结构有限元模型 2结构动力特性分析是研究大跨度缆索承重桥梁抗风稳定性的基本工作，是研究桥梁的静力作用静风失稳以及桥梁动力作用的颤振、涡振等的基础，也为保证模型和实桥有一致的无量纲弹性参数、惯性参数提供设计依据[35]。因此，建立典型案例桥梁的ANSYS有限元模型计算结构动力特性。1.1大桥结构及基本尺寸本文计算以典型案例桥梁为工程背景。主桥长度为2727m，为满足两岸大堤与桥墩间距的安全要求，两边跨长度采用不对称设置，主孔跨径为1560m，跨径分布为（615+1560+552）m，两根主缆横向中心距34.8m，吊索纵向标准间距16m。图2-1龙潭桥总体结构立面图加劲梁形式为流线型扁平钢箱梁，单箱结构。按双向六车道高速公路标准设计，桥面顶板宽36.7m，加劲梁全宽39.1m，中心线位置加劲梁高3.7m。采用板式加劲肋加劲。成桥状态下，加劲梁顶面设有检修道栏杆、防撞栏杆。图2-2龙潭桥成桥态加劲梁断面图施工状态下，加劲梁顶面没有检修道栏杆、防撞栏杆。图2-3龙潭桥施工态加劲梁断面图桥塔采用门型钢筋混凝土桥塔，塔高241.5m，桥面上塔高191m。图2-4桥塔里面图图2-5桥塔侧面图1.2结构有限元模型通过ANSYS建立典型案例桥梁成桥态以及各施工阶段的有限元模型，计算各阶段的动力特性，汇总结果进行比较并总结本桥结构动力特性随施工过程推进的动力特性变化规律。1.1.1成桥态动力特性计算典型案例桥梁边跨由多辅助墩支撑，与主跨断开。主跨一跨过江，塔墩固结，塔梁分离，加劲梁简支在支座上。桥塔和桥墩底部完全固结。加劲梁端部可以发生顺桥向位移，限制顺桥向扭转。大缆端部约束位移自由度，放开扭转自由度。表2-1有限元模型约束边界条件约束位置UxUyUzrotxrotyrotz塔、墩//////大缆端部///√√√桥塔处加劲梁√///√√注：√表示放松该自由度，/表示约束该自由度。图2-6成桥态有限元模型通过结构动力特性计算分析，典型案例桥梁的加劲梁一阶正对称竖弯频率为0.1124Hz，一阶正对称扭转频率为0.2468Hz。一阶反对称竖弯频率为0.0758Hz，一阶反对称扭转频率为0.2707Hz。计算结果如表2-2所示：表2-2成桥状态动力结构动力特性表阶次频率（Hz）振型描述10.04630一阶正对称侧弯20.07580一阶反对称竖弯，略带纵飘30.11240一阶正对称竖弯40.11810一阶反对称侧弯50.12170主缆或吊杆振动60.15930二阶正对称竖弯70.17690一阶反对称竖弯80.20040主缆或吊杆振动90.20060主缆或吊杆振动100.22530主缆或吊杆振动110.22850三阶正对称竖弯120.23140主缆或吊杆振动130.23150主缆或吊杆振动140.24450主缆或吊杆振动150.24680一阶正对称扭转170.2707一阶反对称扭转图2-7第一阶反对称竖弯振型图图2-8第一阶正对称侧弯振型图图2-9第一阶正对称竖弯振型图图2-10第一阶反对称扭转振型图1.1.2施工阶段动力特性计算大跨度缆索承重桥梁的建设周期一般都在一年以上[36]，时间跨度大。常在宽阔的江面，高深的峡谷，沿海两岸时，悬索桥常常会受到季风、峡谷风、海风等强风的作用[37]。同时，加劲梁拼装的过程中，临时连接各梁段时，减弱了加劲梁的整体性，降低抗扭刚度，抗风稳定性进一步降低[38]。因此，为保证桥梁全寿命周期的安全，考虑施工阶段桥梁的抗风稳定性十分有必要。施工阶段加劲梁刚度发生变化，计算结构动力特性首先要模拟梁段之间的临时铰接结构刚度[39]。工程中由三种模拟办法：梁单元模拟法。计算梁段连接部分的临时连接截面几何特性并带入有限元，可以更真实地反映加劲梁拼装过程中，梁段刚度的变化[40]。但是计算工作量繁杂。平均刚度法。根据大量实际工程经验，以成桥态的竖向弯曲刚度、扭转弯曲刚度按一定比例转换为施工阶段对应的刚度[41]。计算方便快捷。临时铰接法。这种方法把加劲梁架设过程中梁段间的连接当作铰接，仅约束位移关系，不考虑扭转间的相互作用[42]。本文计算中，采取平均刚度法。按照实际工程经验，采用成桥竖向刚度、横向刚度乘0.4的系数，扭转刚度乘以0.8的系数为施工态对应的结构刚度[43]。1.1.1.1选取不同的施工阶段根据典型案例桥梁的结构形式和以往的工程经验，从主跨跨中梁段开始，对称地向两边桥塔吊装拼接。按照施工的进行过程，选取典型施工阶段如下：表2-3不同施工阶段选取施工阶段123456789拼装率11.5%21.1%30.7%40.3%51.9%61.5%71.1%80.7%100%中跨梁段数1121314153637383103（i）11.5%拼装阶段（ii）40.3%拼装阶段（Ⅲ）61.5%假设阶段（Ⅳ）90.2%假设阶段图2-11施工阶段有限元模型1.1.1.2施工阶段动力特性结果汇总提取不同施工阶段的动力特性计算结果，提取一阶正对竖弯频率、一阶反对称竖弯频率、一阶正对称扭转频率、一阶反对称扭转频率并汇总。表2-4各施工态主要模态频率（Hz）施工阶段V-S-1V-A-1T-S-1T-A-111.47%0.10180.09460.12310.112521.09%0.10030.09750.13270.144630.71%0.10260.09470.14840.177140.32%0.10670.09010.16820.195351.86%0.11170.08510.19550.221561.47%0.11480.08210.22230.222671.09%0.11640.08010.2430.213480.71%0.1170.07880.25590.206890.32%0.11750.0780.26430.2098100%0.11810.07720.26670.2877成桥0.11310.07590.2340.2721为了更直观地表现结构基频随加劲梁段拼装的变化过程和规律，以梁段拼装率为横坐标，频率为纵坐标绘制结构基频随梁段施工的变化图。图2-12正对称基频随拼装率变化曲线图2-13反对称基频随拼装率变化曲线图2-14正对称扭弯频率比随拼装率变化图图2-15反对称扭弯频率比随拼装率变化图由图2-12到2-15可总结规律：（1）最低阶竖向模态始终是反对称振动，最低阶扭转频率没有这个特点。（2）在拼装率为11.5%~51.9%的施工阶段，加劲梁的正对称扭转频率线性增大；在51.9%到71.1%拼装率阶段，竖弯频率小幅下降；从拼装率71.1%到完成全部拼装，竖弯频率增大趋势逐渐平缓。反对称扭转频率在11.5%~51.9%呈线性增大，51.9%到90%施工阶段略有下降，完成全部梁段的拼装时又迅速上升。（3）正对称竖弯频率随拼装率的增大而增大，反对称竖弯频率随拼装率的增大而减小。正反对称竖弯频率的变化相对在小范围改变，竖弯频率受拼装率的影响较小。这是因为悬索桥结构的刚度主要由主缆提供，梁段拼装质量的改变相对于大缆的重力刚度很小。（4）在拼装率为11.5%~51.9%的施工阶段，正对称扭弯频率比线性增大；在51.9%到71.1%拼装率阶段，扭弯频率比小幅下降；从拼装率71.1%到完成全部拼装，扭弯频率比增大，