浅谈大跨度电厂输煤栈桥结构动力特性

对于电厂所使 用的输煤 栈桥而言 ， 其大多跨 度较大 ， 在 以往 针对 此类大跨 度电厂输煤 栈桥进行结构抗震计算的过程 当中 ， 多采取的是 反应谱法计算 ． 但 由于反应谱 法是 以一致激励 为基础所提 出的 ， 因此 抗 震计算中无法纳入对地震作用所产生空 间效应 问题 的考虑 ， 进而导 致其在用于大跨度 电厂输煤栈桥抗震结构计算分析上并不合理 。 针对 此情况 ．当前实践 中开始逐步尝试 以随机振动 功率密度谱法为基础 ， 在纳入空间效应的前提下进行结构分析 。而在这 一过程 当中， 有关 大 跨度 电厂输煤栈桥结构动力特性 的研 度电厂输 煤栈桥的 为钢结构栈桥 ， 主体结构 共七跨 ， 第 一 跨～ 第四跨长度 均为 ３ ３ ． １ ｍ． 第五跨 长度为 ４ ２ ． １ ｍ， 第六跨 为 ２ ５ ． ４ ｍ ， 第 七跨为 ２ ４ ＿ ２ 。整个 输煤栈桥矢高 取值为 ３ ． Ｏ ， 上升坡度为 ８ ． ９ 。 ， 现场测 量栈桥爬 升高度为 ３ ５ ． ３ ｍ 。结构构件 主要 包括上弦梁结 构 、 下弦 梁结 构、 腹杆 、 端柱 、 桥面 、 顶面横梁结构 、 纵向次梁结构 、 横 向支撑 、 纵向支 ４ ． 结构 动 力 特性 撑结构这几个 部分 。整个输 煤栈 桥主体结构共设置 ８ 组支柱 ， 均为钢 结构 支柱 ， 最低 端支柱高度为 ５ ． Ｏ ｍ， 最高端支柱 高度 为 ４ ０ ． ２ ｍ。 除第一 第一 ． 对于大跨度 电厂输煤栈桥 而言 ． 结构 固有 频率首先 出现在 组支柱外 ． 第 二一 第八组支柱均布置横 向支撑结构 。 结构 刚度较小 的方 向以及位置上 由于本文所例举的大跨 度电厂输煤 栈桥支柱高度较大并且跨度较大 ． 因此支柱与支柱 间的纵 桥向支撑部 ２ ． 结 构 自振 下 有 限元 分 析 法 受到此 因素影响 ． 导致 大跨度 电厂输煤 栈桥 中首先 发生 在 利用有 限元 分析法对 大跨度 电厂输煤栈桥结 构 自振 特性进行 件难 以布置 ， 分析的过程 当中 ． 首先需要将 结构离散 为多个单元 ， 然后通 过单元分 的振 型为支柱顺桥 向倾斜作用力影响而产生 的振型 第 二．结合本文所例举 的大跨度 电厂输煤栈桥实 际案 例而言 ． 一 析的方式得到各个单元在力学属性上的特征 ， 形成 与单元 相对应的刚 ． ８ ８ 。结合 当前我 国铁道部所 制定的《 铁 路桥梁 度矩 阵 ． 并对多个单元分析结果进行合成 ， 得到总体 刚度矩阵 ， 以展开 阶振 型频率 取值 为 ０ 钢结构设 计规范 》 中的相 关要求 “ 一般情 况下 ， 桥 梁结构 一阶振 型频 结构整体 自振特性 的分析 即基频取 值不得 出现 在人类敏感频 率区间 内（ 即２ ． ０ Ｈ ｚ ～ ６ ． Ｏ Ｈ ｚ ） ” ， 从动 力学分 析 角度上来 说 ， 将位 移ｍ定 义为 相对 于时 间 ｔ 的函 率， 根据这一规定 ． 认为该大跨 度电厂输 煤栈桥结构 在一阶振型频率上能 数， ｛ ｝ Ｊ 定义 为速度 向量 ， 定义为加 速度 向量 ， 同时单元质 量密度定 够符合设计 要求 。 同时 ． 对于此类 大跨度 的电厂输煤栈桥结构 ． 取值为 义为 Ｐ 。 ０ ． ８ ８ Ｈ ｚ 的基频仍然相对较高 。这一数据反映 了： 虽然本文所例举 的大 则分布惯性作用力可定义为： ＿ Ｐ ｍ。 跨 度电厂输煤栈 桥当中支柱高度较大 ． 并且没有在 支柱 与支柱间布置 纵桥 向支撑结构 ． 但落料塔作 为最高支柱结构 ， 仍然为整个输 煤栈桥 粘性阻力（ 与速度分布呈正比关系） 则可定义为： 一 ｕ ｛ ｆ 】 。 提供 了较大的刚度支持 由此可得到体积力所对应 的等效节点力关 系． 如下式 ： 第三 ． 在本 文所例举 的大跨 度 电厂输煤栈 桥项 目中． 受 到 由桥面 ｙ ｔ Ｎ】（ Ｉ ｐ ｝ 一ｕ ｛ ｆ ｝ 一ｐ （ ｆ ） ） ｄ 板以及各组支柱相互之间横向支撑结构的影 响 ． 导致栈 桥桥体结构的 其中， 定义 【 Ｎ］ 为 单元形 函数 向量 ， 定 义｛ ８ ｝ ｅ 为单元 节点 位移 向 横 向刚度水平较大 。研究显示 。 在针对本 大跨度电厂输煤栈桥所进行 量， 两者与位移 ｛ ｆ ｝ 之间的关系为 ： 的前 十阶振 型当中 ， 基于横 向弯曲的振型 仅出现两次 ． 基 于横向倾斜 ｛ ｆ １ ＝ ［ Ｎ ｊ ｛ ８ 】 。 的振型仅出现一次 。从这一角度上来说 。 该 大跨 度电厂输煤栈桥对于 ３ ． 结构 自振 特 性 所处环境条件下的风振 以及地震作用力均有理想的防护效果 自 振特性是结构 自 身始终存在 的性质 之一 ．在桥梁谱反应计算 、 第四 ． 在针对本文所例举大跨 度电厂输 煤栈 桥结构动力特性所展 随机振动计算 、以及 动力 时程计算 等方 面均发挥着重要 的前提支持 ． 开 的前十阶振型分析 中发现 ． 有六阶振型均表现出了强烈 的竖 向弯 曲 同时 ． 自振特性也是反 映桥梁结构 刚度指标 的重要参数 之一 ． 在对桥 特点 ． 与之相 对应 的频率带取值 在 １ ． ７ Ｈ ｚ ～ ３ ． ０ Ｈ ｚ 范 围以内 ． 且频 率带 梁结构安全性 与稳定性进行 评价 ． 做 出桥梁 维护相关决策 的过程 中发 分布上具有较为紧密的特点 。从这一角度上来说 ． 在对该大跨度 电厂 需 要尽量避免输煤栈桥 挥着非常重要 的意 义与价值 。对 于大跨度 电厂输煤栈桥而言 ． 整个桥 输煤栈桥结构动力特性进行研究的过程当中 ． ． ７ Ｈｚ ～ ３ ． Ｏ Ｈｚ 这一频率带 内出现竖桥 向的振动激励源 ． 避免其结构 梁结 构的 自振特性 分析 内容 主要包括两个 方面 ；其一 是结构 自 振频 在 １ 率． 其二是 主振 型。以上 自 振特性 的分析都会 在不同程度上受 到桥梁 稳定性受到不 良影响 结构组 成体 系 、 刚度水平 、 质量分 布情况 、 以及边界条件的影响。 ５． 结 束语 对 于本文所例举 的大跨 度电厂输煤栈 桥实例而言 ． 在对该栈 桥结 本次研究中． 结合某大跨度电厂输煤栈桥实际案例 ． 应用有限元分 构 自振特性进 行分 析的过程当中 ． 引入基于 ＡＮ Ｓ ＹＳ的模态分 析方 法 ． 析法对该输煤栈桥 的结构动力特 陛展开 了分析与探究 ． 得出以下几个 前 十阶 自振特 性分别 为 ： 方面的结论 ： 第一 ， 大跨度电厂输煤栈桥 中首先发生的振型为支柱顺桥 第 一阶 ： 固有频 率取值为 ０ ． ８ ８ Ｈｚ ， 振 型特征为各 组支柱对称纵 向 向倾斜作用力影 响而产生的振型 ： 第二 ． 虽然本文所例举 的大跨度电厂 倾斜伴 随各跨 桥体竖 向弯曲 输煤栈桥当中支柱 高度较大 。并且 没有在支柱与支柱 间布置纵桥向支 第 二阶 ： 固有频 率取值为 １ ． ６ ４ Ｈ ｚ ， 振 型特征为各 组支柱对称 横向 撑结构 ． 但落料塔作为最高支柱结构 ． 仍然为整个 输煤栈桥提供了较大 的刚度支持 ： 第 三． 该大跨度电厂输 煤栈桥对于所处环境条件下的风振 倾斜伴 随各 跨桥体横向弯曲。 第 三阶 ： 固有频 率取值为 １ ． ７ １ Ｈ ｚ ， 振 型特 征为桥体 第五跨竖 桥向 以及地震作 用力均有理想的防护效果； 第 四， 为了确保整个输煤栈桥结 对称性 弯曲 构 的稳定性 ， 需要尽量避免输煤栈桥在 １ ． ７ Ｈ ｚ ～ ３ ． Ｏ Ｈ ｚ 这（ 下转第 １ ９ １页 ）
性进行 了分析 ． 得 出了该大跨度 电厂榆煤栈桥在结构动力方 面的特性。
【 关键词 】 输煤栈桥 ； 大跨 度 ； 结构动力特性
第 四阶 ： 固有频率 取值为 １ ． ９ １ Ｈ ｚ ， 振型特 征为桥体前两组 支柱横 向倾斜伴 随桥体前 两跨横 向倾斜 。 第 五阶 ： 固有频 率取值为 ２ ． ０ ７ Ｈ ｚ ， 振型特 征为桥体各组 支柱反 向 对称 纵向倾 斜伴随各 跨桥 体竖向弯曲。 第六阶 ： 固有 频率取值为 ２ ． １ ９ Ｈ ｚ ， 振型特 征为桥体各组 支柱反 向 对称横向倾斜伴随各跨桥体横向弯曲。 第七阶 ： 固有频率取值 为 ２ ． ３ ７ Ｈ ｚ ， 振 型特征为桥体前 四跨竖 向弯 曲伴随第七组支柱纵向弯曲 第八阶 ： 固有频率取值 为 ２ ． ４ ５ Ｈ ｚ ， 振 型特征为桥体前 四跨竖 向弯 曲伴随第七组支柱纵 向弯 曲 第九 阶 ： 固有频率取值 为 ２ ． ９ ５ Ｈ ｚ ， 振 型特征为桥体前 四跨竖 向弯 曲。 第十 阶 ： 固有频率取值 为 ３ ． ２ ５ Ｈ ｚ 。 振型特征为第七组 支柱纵 向弯 曲。
◇ 科技之窗◇
科技 一向导
２ ０ １ ５ 年１ １ 期
浅谈大跨度电厂输煤栈桥结构动力特性
刘 海 柱 （ 唐 山 市 南 堡 开 发 区 三 友 热 电 有 限 责任 公 司 河 北
【 摘
唐山
０ ６ ３ ３ ０ ５ ）
要】 文章结合 某大跨 度电厂输煤栈桥 实例 ， 对结构 自振下 的有 限元分析法进行 简要介绍 ， 并对该大跨 度 电厂输煤栈桥的 结构 自 振 特