移动车辆荷载作用下钢管混凝土拱桥振动的舒适性分析
钢管混凝土系杆拱桥的结构检测与评估1
钢管混凝土系杆拱桥的结构检测与评估简介钢管混凝土系杆拱桥是一种新型桥梁结构，它具有较小的施工量、较小的建筑档期、较小的自重、较小的工序数、较小的支座尺寸、减小了建筑物在背景下的视觉干扰等优点。
由于其结构特殊，因此对其进行定期的检测与评估是非常重要的。
检测方法外观检测钢管混凝土系杆拱桥在受力的情况下，容易产生各种裂缝，外观检测能反映出裂缝的数量、分布和大小情况。
此外，应对表面锈蚀、变形、严重震动等进行观察。
结构检测结构检测是对支座、拱墩和桥面进行检测，包括测量梁和拱墩的变形、裂缝、温度和湿度。
可以使用非接触性竖向振动加速度计来监测结构共振特性，以识别结构的频率和模态。
无损检测无损检测是检测桥梁结构缺陷和单元质量重要手段之一。
常见技术包括：超声波探伤超声波探伤能够检测桥梁的深度和长度，以识别混凝土的裂缝、空位和钢管内直流端的异常以及混凝土厚度。
电磁动力学检测电磁动力学检测通过捕获线圈感应信号来监测和分析杆内的潜在损坏。
可以确定杆心位置和检测长度，并检测杆内存在的隐蔽损伤。
核磁共振检测核磁共振检测通过射频感应并测量样品内的自由成分的弛豫时间来识别材料的振动状态和破坏程度。
短期加载试验短期加载试验是一种有效的评估桥梁结构损伤程度的方法。
短期加载试验可以测定桥梁结构的刚度或弯曲变形和沉降变形等性能参数。
其结果可以用于确定加固方案和评估桥梁的抗震能力。
评估方法极限状态评估极限状态评估是一种基于一次灾后，评估结构经受惯性荷载、静态荷载和其它负荷的情况下，结构是否继续正常使用或满足要求。
极限状态评估可以根据评估的期限和灾害信息等，确定结构在灾害前和灾害后的可靠性区间。
损伤评估损伤评估是基于结构的损伤程度，评估结构在经受荷载下能否满足服务性能的方法。
可以通过比较存在的裂缝、位移、振动等来评估结构的损伤程度。
残余强度评估残余强度评估是一种评估结构在经受损伤后，还能够承受的荷载能力的方法。
可以通过对桥梁截面的破坏模式进行分析，估计桥梁的损伤程度，以及评估结构未来承载能力的可靠性。
某大桥震动安全性评估与优化设计
某大桥震动安全性评估与优化设计随着城市发展和交通建设的发展，桥梁建设已成为城市建设的重要组成部分。
某大桥作为一条连接两岸的基础设施，在城市发展中承担着重要的任务。
然而，大桥的安全性评估和优化设计一直是建设者们所关注的问题。
本文就某大桥的震动安全性评估与优化设计进行探究。
一、某大桥的桥梁结构和设计方案某大桥是一座悬索桥，桥梁全长3000米，主跨1100米，最大跨度为1650米。
主梁采用钢箱梁结构，悬索索链间距160米，桥面采用混凝土空心箱梁结构。
桥面宽度为33.5米，设有两条车道和两条人行道。
某大桥的设计方案考虑了多种因素，如地形、水文、环境、交通等。
在进行桥梁结构设计时，建设者们充分考虑了桥梁的安全性和稳定性。
二、某大桥震动的成因及危害性分析震动是指结构发生变形或振动的现象，通常是由外力作用或结构内部失稳引起的。
而桥梁往往需要承受车流、地震等多种因素的作用，这些外部因素往往会对桥梁的安全性产生影响，特别是在发生震动时，桥梁结构会产生更大的挑战。
某大桥的震动主要受以下因素影响：1、地震地震活动是导致桥梁震动的一个重要原因。
在某大桥所在地，存在地震活动的风险。
因此，在设计和建设某大桥时，建设者们充分考虑了地震因素对桥梁的影响。
2、风风力也是造成桥梁震动的因素之一。
在某大桥所在地，存在强风和风暴的情况。
建设者们在设计桥梁时，考虑了强风和风暴对桥梁的影响。
3、交通载荷车流是桥梁承受的重要载荷，车流的大小和密度对桥梁的安全性产生直接影响。
在某大桥的设计和建设中，建设者们考虑了车流量和密度对桥梁的影响。
由于桥梁震动带来的危害性极大，因此，震动安全性评估和优化设计成为了一个值得关注的问题。
三、某大桥震动安全性评估方法和实践分析震动安全性评估是对桥梁的稳定性和安全性进行检验和评估的过程。
在某大桥的设计和施工中，建设者们使用了一系列的工程技术和方法来评估桥梁的安全性。
1、计算机模拟分析计算机模拟分析是一种重要的评估方法。
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。
拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。
下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。
桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。
钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。
模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。
模型节点单元见图3。
其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。
各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数名称荷载工况组合系数结构恒载自重+二期1.1车辆荷载公路—Ⅰ级1.4支座沉降1cm 1.0温度荷载±20℃ 0.7计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。
变速移动荷载作用下简支梁桥的动力响应及共振分析
梁的跨度（ｍ）。式（８）表明，荷载以速度ｙ通过跨长厶
的时间等于桥梁第１１，阶自振周期的一半或其１１，倍时，
就会发生共振，桥梁的挠度会出现峰值。本文所取桥
梁算例中，以。为６．３４ Ｈｚ，Ｌ。为３２ ｍ，将其代人式（８）可
得到引起桥梁共振的临界车速Ｋ，为４０６ ｍ／ｓ，远大于
现在的行车速度。但当车速Ｖ＝ｎ，／ｎ时，也可能激起
０
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０
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’２孝ｌ（ｃＪｌ＋９１ｌ＋Ｐｃ多ｌｌ
９１２＋Ｐｃ西１２
三；２ｆⅣ二孽ｐｃ三ｅＰ州１三痧删三茎Ｐｃ三ａ２ＰＯｌＮ Ｃ１］ 广义阻尼矩阵Ｃ＝
９２ｌ＋Ｐｃ多２１ ９Ｍ＋Ｐｃ咖Ｍ
２亭２（ｃ，２＋妒２２＋Ｐｃ多２２ …
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… ２考ＮｍＮ＋（Ｐ～Ｎ＋ ｃ圣ＮＮ —ｐｃ仪Ｎ １
…
ｃ－荟啪）（譬）№半一
Ｉ｜｝，∑劬（响ｎ坦笋＝ｏ
（６）
如果采用振型叠加法，在计算中仅考虑结构的少数前
几阶振型就可以获得满意的精度。假定考虑桥梁的前 Ⅳ阶振型进行叠加，则其自由度将由无穷多个减少到Ⅳ
个，加上簧上质量肘：的一个自由度Ｚ（ｔ），即联立（４）
式与（６）式可得到系统的Ｎ＋１阶运动方程：
Ｍ｛引＋Ｃ｛ｊ｝＋Ｋ｛ｑ｝＝｛Ｆ｝
桥梁的共振，桥梁的挠度峰值由动力放大系数
ｌ／√（１一卢２）２＋（２郛）２决定¨１｜，即车速越接近于Ｋ，， 桥梁挠度曲线的峰值会越大。当车辆匀速通过桥梁 时，取车速由５ ｍ／ｓ～９０ ｍ／ｓ连续变化，将采用程序计 算所得桥梁跨中挠度极值及对应的车速绘于图５，同时 将Ｖ＝Ｖｂ，／ｎ即可能引起桥梁共振的车速点也标于图 中。由图可知，桥粱的最大挠度随着车速的增加呈现 出类似正弦但波幅逐渐增大的形式，符合以上分析的 车桥共振原理。
钢管混凝土拱桥稳定性的计算理论简述
钢管混凝土拱桥稳定性的计算理论简述摘要：本文针对钢管混凝土拱桥的稳定性问题，从理论计算的角度对其进行了探讨。
首先简述了钢管混凝土拱桥的构造特点和受力情况，然后介绍了钢管混凝土拱桥的设计原则和设计计算方法。
接着阐述了钢管混凝土圆形拱桥的静力分析方法，并针对桥墩的稳定性进行了数值模拟计算。
最后对钢管混凝土拱桥的稳定性进行了评估，并提出了相应的加固措施。
关键字：钢管混凝土拱桥，稳定性，设计原则，设计计算方法，数值分析，加固措施。
1. 引言钢管混凝土拱桥是一种新型的桥梁结构，具有承载力大、刚度好、耐久性强、施工方便等优点，特别是在跨度较大的工程中表现出了明显的优越性。
然而在钢管混凝土拱桥的设计和施工中，其稳定性问题一直是困扰工程师们的难题。
本文旨在探讨钢管混凝土拱桥的稳定性问题和相应的解决方法，为相关工程实践提供参考。
2. 钢管混凝土拱桥的构造特点和受力情况钢管混凝土拱桥是一种以钢管为骨架、混凝土为填充物的桥梁结构。
其构造特点主要包括以下几方面：（1）柱与拱采用钢管混凝土结构，两者通过锚固套筒连接起来，形成整体结构；（2）拱段分布顺应曲线，通过节点连接完成整个结构；（3）横向变位通过悬臂梁与拱顶连接传递；（4）桥面铺装采用钢筋混凝土铺装层覆盖沥青路面。
钢管混凝土拱桥所受的荷载作用主要分为水平荷载和垂直荷载两种。
水平荷载包括风荷载和地震荷载，作用于桥梁的平面上。
垂直荷载包括自重和交通荷载，作用于桥梁的竖直方向上。
在桥梁的使用过程中，还可能出现冰雪荷载、水流荷载等非常规荷载。
3. 钢管混凝土拱桥的设计原则和设计计算方法（1）设计原则钢管混凝土拱桥的设计应符合以下原则：① 桥面宽度应符合交通规定，并满足行车安全和通行舒适性要求；② 拱形应满足静力平衡和刚度要求；③ 桥墩应满足稳定性和承载能力要求；④ 施工应符合安全、经济、高效的要求。
（2）设计计算方法钢管混凝土拱桥的设计计算方法应分为静力分析和动力分析两部分。
钢管混凝土系杆拱桥动力分析及损伤识别的开题报告
钢管混凝土系杆拱桥动力分析及损伤识别的开题报告1、研究背景和意义钢管混凝土系杆拱桥具有结构简单、自重轻、随动性好、施工便捷、绿色环保等优点，在现代桥梁工程中得到越来越广泛的应用。
但由于复杂的结构特点和外载作用的影响，其在使用过程中也频繁出现损伤和失效的问题。
因此，开展钢管混凝土系杆拱桥动力分析及损伤识别的研究，对于保障其安全可靠的运行具有重要的意义。
2、研究内容本文针对钢管混凝土系杆拱桥的动力响应特性和损伤识别问题，主要从以下几个方面开展研究：(1) 钢管混凝土系杆拱桥的静力分析；(2) 钢管混凝土系杆拱桥的动力分析，探究其振动特性和影响因素；(3) 钢管混凝土系杆拱桥的损伤识别方法及实验研究；(4) 针对某一具体钢管混凝土系杆拱桥的动力响应模拟和损伤识别实验。
3、研究方法和步骤(1) 静力分析：采用有限元分析方法，选取特定的钢管混凝土系杆拱桥模型，进行静力分析，研究其结构特性、受力状态和变形情况。
(2) 动力分析：采用模态分析、频率响应分析等方法，研究钢管混凝土系杆拱桥的振动特性和影响因素，包括外载作用、地震作用等。
(3) 损伤识别：根据钢管混凝土系杆拱桥的动力响应变化和损伤特征，选取适当的识别方法进行分析，如结构模态参数、损伤灵敏度等。
(4) 实验研究：选取某一典型的钢管混凝土系杆拱桥进行动力响应模拟和实验损伤识别测试，验证研究成果的可行性和实用性。
4、预期结果和意义通过本研究，可以深入了解钢管混凝土系杆拱桥的动力响应特性和损伤识别问题，为保障其安全可靠的运行提供理论和技术支撑。
预期成果包括：(1) 钢管混凝土系杆拱桥的静力分析结果和动力响应特性；(2) 钢管混凝土系杆拱桥的损伤识别方法和实验验证结果；(3) 针对某一具体钢管混凝土系杆拱桥的动力响应模拟和损伤识别实验结果；(4) 对钢管混凝土系杆拱桥的安全可靠性评估和日常维护提供参考依据。
钢结构人行天桥竖向振动舒适度分析
图 １ 国外 规 范 竖 向 加 速 度 规 定 比 较 图 （ ｃ ｍ）
５ ７
中圄彳政工
石 成， 梁吉学， 安民 丰： 钢结构人 行天桥竖向 振动 舒适度分 析
２ ０ １ ５ 年第５ 期
表 ３ 不 同刚度桥 梁计算 竖 向加速 度
梁高
／ ｍ
指导 对此涉及 较少 ，国外对此也处于研究阶段 ，本
１ ０
英国 Ｂ Ｓ ５ ４ ０ ０ 求 桥梁结构最大加 速度 的通用方 法 中 ，对 于桥梁 一 阶竖 向振动频 率 ＞ ５ Ｈ ｚ 的上部 结 构 ，假设 行人施加 的动力荷载可用 一个按 常速 ｖ 沿上部 结构 主跨移 动 的脉 冲点荷 载 Ｆ来 表示 ，［ 见
式 （ １ ）］ 。
关 键 词 ：钢 结 构 ；人 行 天 桥 ；竖 向 ；加 速 度 ；舒 适 度
中图分 类号 ：Ｕ４ ４ ８ ． １ １
文献标 志码 ：Ａ
文章 编号 ：１ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５（ ２ ０ １ ５）０ ５ － ０ ０ ５ ７ － ０ ３
随着经济 的发展 ，人行桥对景观性要求越来 越 高 ，跨度越来越大 ，结构越来越轻柔 。柔 度较大 的
人数 ； ． 为桥梁一阶模 态的频率值 ；ｔ ｆ ， 为折减 系数 。
１ ． ３ 两 种 荷 载 模 型 的 比较
英国 Ｂ Ｓ ５ ４ ０ ０荷载模型为单人荷载模型 ，而桥 梁振动往往是 由群体性荷载引起 的大 幅振动 ，德 国 人行天桥设计指南 中的荷载模型与实际情况更加接 近 ，因此本文采用后者作为设计人行荷载模型 。
２ 各 国 规 范 对舒 适 度 指 标 的 规 定
现行 研究成果 ，人行 荷载模型分为 多种类型 。其 中
钢管混凝土拱桥结构静动力及稳定性有限元分析
内只浇灌素混凝土 ， 不再配置钢筋或钢管。早在 １ ９
表 １ 钢管混凝 土圆管拱 桥一览表
１ 钢 管 混凝 土 拱桥 分析 方 法
由于钢管 混凝 土拱 桥 至今还 没有 专用 的设 计 和
来 进行 验 算 。 钢管 混凝 土拱肋 和横 撑是 钢 管混 凝土拱 桥结 构
施工规程 ， Ｊ我国大部分钢管混凝土拱桥强度计算 仍然 采用 的是 容许 应 力 法 ， 有 少 部 分 设 计 单 位 套 也 用建工规程来进行极 限状态法计算 ， 对跨度大和重 要的桥梁还进行 了大 量的试验研究来 确定设计参 数。当采用容许应力法来进行计算时， 大多是将 钢 管与混凝土视为简单 的组合 ， 换算为钢筋混凝土截 面偏 心受压 构件 ， 现行 桥 规 中 的钢 筋 混 凝 土 结构 按
基础上演变和发展起来的 ， 按截面形式的不同， 分为 方钢 管混 凝土 、 圆钢管混 凝 土和 多边 形钢 管混 凝 土 。
在实 际工 程 中 ， 应用 最广 泛 的是 圆钢 管混凝 土 ， 管 且
种类型拱桥的跨度一般为 ５ ～ ０ 间， ０ １０ ｍ之 矢跨比一 般为 １５左右， ／ 也有矢跨比达到 １９６的情况。 ／．
维普资讯
第３ ３卷第 １ 期
２０ ０ ７年 ３月
湖
南
交
通
科
技
Ｖｏ ． ． １３３ Ｎｏ １ Ｍａ ． Ｏｏ ｒ２ ７
ＨＵＮＡＮ ＣＯＮＭＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
文章编 号 ：１０ —４ Ｘ（ ０ ７ ０ －０ ９０ ０ ８８ ４ ２ ０ ） １０ ８ —４
的主要承重构件 ， 其计算方法合理与否对全桥结构 安 全具 有 重要 意义 。 由于钢 管混凝 土 拱肋是 由钢 管
钢管混凝土拱桥的静力稳定性分析
２ ０ １ 年 ６ 月 １
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ＿ Ｎｏ． ６ ｌ３７ １
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ０１
・２０ ・ ５
文章编号 ：０ ９６ ２ （ ０ ）６ ０ ０ ・ ２ １０ ．８ ５ ２ １ １ —２ ５ ０ １
１ 工 程 概 况
某下承式钢管混凝土系杆拱桥 ， 刚性系杆 刚性拱结 构。拱 为 肋 的计 算跨 径 ６ Ｉ桥面 全宽 １ ・计 算矢 高 １ 矢跨 比为 ０ Ｉ， Ｔ ６ｎ， ０ ｍ， １６ 拱轴线线形为二次抛 物线。拱肋 采用直径 为 ９ ｍ 的钢管 ， ／， ０ｃ 两拱肋中心间距 １． 吊杆采 用 Ｏ ＭＬ Ｍ（ ） ３ ８ｍ， Ｖ Ｚ Ｋ 系列成品 吊杆 ， 吊 杆间距为 ５ｍ； 公路方 向每 ５ｎ 设置横梁一 道 ， 中端横梁截面 Ｊ Ｒ ｌ 其 为２０ｉ １２～ ．９ ） 宽 × ） 中横梁截面为 ０６ｎ ×（ ． ． ｎ×（． １２５ ｍ（ 高 ， ． ｌ ０８～
算， 三种使用情况下的结构稳定性 系数统计见表 ４ 。
建 筑 ，０９ ３ （６ ：９ －０ ． ２ ０ ，５ ２ ）２ ９３０
定 承 载力 的解 析 解 只 能 在 有 限 的 条 件 下 得 到 ， 实 用 上 可 以 通 过 在
考虑几何 刚度矩 阵的有 限元程 序进行 屈曲稳定 分析 。拱 的第 二
类稳定 问题是非线性力学问题 ， 即系杆 拱桥在达 到弹性屈 曲临界 值之前 ， 几何和 材料 的双 重非 线性 因 素会使 结 构提 前丧 失稳 定 性， 即发生压溃破坏 ， 压溃 荷载要 小于 弹性屈 曲临界 荷 载。拱的 第二类稳定 问题 的求解十分 困难 ， 限于材料及几何 非线性本 构关 系的复杂性和多样性 ， 实用上一般采 用弯矩增 大系数 的方 法考 在 虑压 弯效应 。目前在工程应用领域 ， 多采 用有限元 手段求解 第一
钢管混凝土拱桥动力特性与分析
结 构 参 数 影 响 进 行 了初 步 研 究 ［ ４ ］ ， 为 深 入 开 展 对 中 承 式 钢 管 混 凝 土 拱 桥 自振 特 性 研 究 ， 提 供 了 技术 支 持 。
１ 有 限 元 法概 述
模 型 材料 参数
钢 管
２ ． １ Ｅ１ １
７ ８ ０ ０ ０ ． ３
０ 引 言
式 中： Ｋ 为 刚度 矩 阵； Ｍ 为 质量 矩阵 ； “为 位 移 向 量 。 若假定为谐 运 动 ， 模 态 分 析 的 运 动 方 程 可 以 转 化 为 公 式
（ ２ ） 。
钢 管 混 凝 土 拱 桥 是 我 国 公 路 上 广 泛 使 用 的 一 种 桥 梁 结 构 型 式 。 钢 管 混 凝 土 拱 桥 以其 型 式 优 美 、 结 构 受 力 合 理 等 优 点 得 以在 中 、 大 跨 径 的 桥 梁 设 计 中 广 泛 应 用 ］ 。近 年 来， 钢 管 混凝 土 拱 桥 也 成 为 国 内 外 桥 梁 专 家 研 究 的 重 要 对
Ｉ Ｋ一∞ ｆ 一０
（ ２ ）
由于 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的 跨 度 较 大 ， 结 构复 杂 ， 自 由 度
象， 其中主要 的研究 领域 为其 静 力性 能 ， 而 成 果 也 主 要 集 中在 对 其 结 构影 响 较 大 的极 限承 载 力 、 收 缩 徐 变 等 结 构 方 面 。但 是 在 对 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的 动 力 性 能 分 析 方 面 却 研
以某 三 跨 中承 式 双 飞 燕 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 为 例 ， 跨 径组 合 为 ８ ０ ｍ＋３ ６ ８ ｍ＋ ８ ０ ｍ。边 跨 、 主 跨 拱 脚 均 固 结 于 拱 座 。 边跨 曲 梁 与 边 墩 之 间 设 置 轴 向 活 动 盆 式 支 座 ， 在 两 边 跨 端部之间设置钢铰线 系杆 ， 通 过 边 拱 平 衡 主 拱 拱 肋 所 产 生 的 水 平 推 力 。桥 面 设 置 ２ 双向纵坡 ， 横 向设 ２ 双 向横 坡， 全 桥 桥 面宽 度 为 １ ６ ． ０ ｍ。 全桥 吊杆 和 立 柱 间 距 为 ８ ｍ。 模 型 材料 参 数 见 表 １所 列 。 表１
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边 跨拱 圈 的矢跨 比分 别 为 １４ ４及 １ ９ １ ， 轴线 ／． ／． ６ 拱 为二 次抛物线 。主拱肋为钢 管混凝 土桁架 拱 ， 杆为 弦
缝 外 ， 与主拱 肋 相交处 也 设置 伸缩 缝 。 在
３ 计 算 模 型
４根 ７Ｏ钢管混 凝 土构 件 ， 用 等 高度 （ Ｏ 采 一２ ７ｍ） ． 等 宽度 （ Ｂ一２ ０ｍ） 面 。边 拱 肋 为钢 筋 混凝 土实 ． 截 心 断面 ， 面 与主 拱 肋 截 面外 轮廓 保 持 一 致 。主桥 截 边跨 上部设 钢管 格 构装饰 段 。 桥 面 系 利用 横 梁 传力 ， 梁采 用 预应 力混 凝 土 横 结 构 ， 为端 横 梁 、 分 中横梁 及肋 问横 梁 。端横 梁及肋
Ｐ Ｅ镀 锌 高强平 行 钢 丝束 。除 主桥 的两 端 设 置 伸 缩
Ｓ ｅ ｌ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ２ １ ｔ ｅ Ｃｏ ｓ ｒ ｃ ｉ ． ０ １（ ０ ，Ｖ０ ． ６ ｏ １） １ ２ ，Ｎｏ １ １ ． ５
图 ３ 有 限 元 计 算 模 型
２ ９
科 研 开 发
用空 间杆单 元模 拟外 ， 其余 单元 均采 用梁单 元模 拟 ， 将二 期恒 载 的 质 量 附 加 到 桥 面板 和人 行 道 梁 单 元
２ 工 程 背 景
Ｚ ，
某 钢管 混 凝 土拱 桥 位 于 城 市 次干 道 上 ， 算行 计
车速 度为 ４ ｍ／ ， ０ｋ ｈ 桥梁 荷 载等 级为公 路 一Ｉ 。设 级
暴
计 采用 跨径 布 置为 （ ７ ５ １ ＋２ ． ）ｍ 的 自锚式 ２ ． ＋１ Ｏ ７ ５ 钢 管混 凝 土 中承桁架 拱 桥 。断面 全 宽 ３ 横 断面 ５ｍ，
ＡＢ ＴＲＡＣ Ｔａ ｉ ｇ ａ ｓ ｌ ａ ｃ ｏ ｅ ａｆｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｎ ｒ ｔ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔ ｂ ｌ ｒ ｔ ｕ ｓ ａ ｃ ｒｄ ｅ ｗｉｈ ａ １ ０ ｍｅ ｅ ｓ Ｓ Ｔ： ｋ ｎ ｅ ｆ ｎ ｈ ｒ ｄ ｈ ｌ ｈ ｏ ｇ ｏ ｃ ｅ ｅ ｆ ｌ ｄ ｓ ｅ ｌ ｕ ｕ ａ ｒ ｓ ｒ ｈ ｂ ｉ ｇ ｔ ｔ ｒ — － ｌ １
时间 ／ ｓ
布 置 为 ：． ３ ５ｍ人行 道 ＋２ ０ｍ 吊杆 区＋１ ． 机 动 ． ２ ０ｍ 车 道＋０ ５ｍ 中分 带 ＋１ ． 机 动 车道 ＋２０ｍ 吊 ． ２ ０ｍ ． 杆 区＋３ ５ｍ 人行道 。桥梁总体 布置如 图 ２所示 。 ．
图 １ 三角 形 荷 载
ＤａｉＨａｎｎｇｎ ｅ ｉｇ，Ｓｏ ｔ ｅ ｓ ｉｅ ｓｔ １ ｃ ｏ ｌ ｖｌ ｏ ｉｅ ｒｎ ｕ ｈ ａ ｔＵｎｖ ｒ ｉｙ，Ｎａ ｊｎ １ ０ ６，Ｃｈｎａ ｎｉｇ ２ ０ ９ ｉ ； ２ Ｔｒｎｓ ｏ ｔｔ０ ａ ｈ，Ａｒｈｔ ｅｕ ａ ｓｇ ｎ ｓａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ｆＳ ｕｔ ａ ｔＵｎｖ ｒ ｉ ． ａ ｐ ｒａｉｎ Ｂｒｎｃ ｅ ｉｅ ｔ ｒ ｌ Ｄｅｉｎ ａ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈＩ ｓｉｕ ｅｏ ｏ ｈｅ ｓ ｉｅｓｔ ｙ，Ｎａ ｊｎ １ ０９ ｎ ｉｇ ２ ０ ６，Ｃｈｎ ） ｉａ
表 １ 结构 自振 特 征
００ ５ ００ ４
（． ３ １Ｏ
（ ２ ）０
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文 以某 主跨 １ ０ｍ 的 自锚 式 钢 管混 凝 土 中 承 桁 架 １
拱 桥 为对 象 ， 分析 该 桥 的 自由振 动 特 性 和移 动 车 辆 作 用下 桥面 系振 动 的特 性 ， 依 据 人 行桥 的舒 适 度 并 指 标评 价该 桥振 动 的舒 适性 。
１ 理 论和 计算 方法 为 了研 究移 动车 辆荷 载在 桥梁上 作 用时引 起 的 桥梁 振动 ， 应把 移动 荷载 当作 动荷载 ， 过动力 分析 通
ＡＮ ＡＬＹＳ Ｓ ＯＦ Ｉ ＤＹＮＡＭ Ｉ ＣＯ Ｍ ＦＯＲＴ Ｃ ＯＦ ＣＯＮ ＣＲＥＴＥ— ＬＬＥＤ Ａ ＦＩ ＳＴＥＥＬ ＴＵＢＵＬＡ Ｒ ＡＲＣＨ ＢＲＩ ＤＧＥ ＵＮ ＤＥＲ ｏ ＶＩ Ｍ ＮＧ ＶＥＨ ｌ ＣＬＥ ＬＯＡＤ
ＬＩＢｉ ｇｎａｎ ’ ｎ 。
摘 要 ： 某 主跨 １０ｍ 的 自锚 式钢 管混 凝 土 中承 桁 架拱 桥 为 对 象 ， 析 了 该桥 的 自由 振 动 特 性 和 车 辆 荷 载 作 用 以 １ 分
下 主 跨 桥 面 系振 动 的 特 性 ， 并依 据 人 行 桥 的舒 适度 指 标 评 价 了振 动 的舒 适 性 。 关 键 词 ： 动 车辆 荷 载 ； 管 混 凝 土 拱 桥 ； 动 ； 适 性 移 钢 振 舒
间横 梁 采用实 心 断 面 ， 中横 梁 采 用 箱 型 断 面 。行 车 道桥 面板 采用 预制 普通 钢筋 混凝 土槽 型板 。全 桥 系 杆拉 索 共 由 １ ２孔 ２ ￣ ５ ２的 热 挤 Ｐ ７ １． Ｅ平 行 钢 绞 线 组成 ， 系杆 与拱 肋 纵轴 线 相 平 行 ， 于横 梁 之 上 ， 置 锚
大 。由于本 文 以研 究 桥 梁 舒 适性 为 目标 ， 因此 采用 单 台车辆模 型来进 行 车桥振 动动 力特性 的计 算 。由 于车辆 荷 载作用 在节 点上是 瞬 问作用 后 即消 失 的冲 击荷载 ， 文将其 模拟 为三 角 荷载 （ １ ， 大值 Ｆ 本 图 ）最
为车辆 轴重 ， 间差 ｔ 一ｔ 时 。 由车 辆 的速度 和 节 点 的
研 究 针 对 的是 大 跨 度钢 管 混凝 土拱 桥 ， 汽 车 而
第 一作 者 ： 秉 南 ， ，９ ８年 出 生 ， 程 师 。 李 男 ｌ７ 工
Ｅｍａｌ ｂｎ ｎ ｎｉ ｓｎａ ｃ ｒ ｉ： ｉｇ ａ ｌ ｉ ． ｏ ＠ ｎ
本 身的质量 和 刚度 、 尼 等 特性 相 对 于 桥 梁来 说 影 阻
根 据计 算结果 ， 主跨 跨 中 吊点 处竖 向位移 、 向 竖
速度 和竖 向加速度 的时程 曲线分别 如 图 ５ 示 。 所
上 。桥面板 与肋 问横 梁之 间 的橡胶支 座采 用弹 性橡
胶 隔振器模 拟 ， 水平 方 向有 效 刚度 为 ９５ ４ｋ ｍ。 ２ Ｎ／
一
４ 桥 梁 自 由振 动 特 性
车荷 载作 用时 ， 质量 矩阵 ［ Ｍ］、 刚度矩 阵［ 和 阻尼 Ｋ］
矩 阵［ ］ Ｃ 均保 持不 变 。这 样避 免 了变 系数 微分 方 程 求解 的 困难 ， 可计算 出动 力 响应较 精确 的结果 。 且 由于 移动荷 载 在桥梁 上 的作 用位 置 随时 间不 断 发 生变化 ， 动力方 程 中右 端 项 ｛ ｝ 一 随时 间 故 Ｆ（） 是 变化 的函数 ， 即作 用在 每 一 个 节 点上 的荷 载均 随 时 间发生变 化 。因此 ， 有 限元 计算 桥 梁 对 移 动荷 载 用 响应 的关 键在 于合 理地确 定节 点荷 载列 阵 ｛ ￡ ）。 Ｆ（） 在 振 动特 性计 算 中 ， 动 车辆 模 型可 分 为 多车 移 模 型和单 车模 型 。多车 荷载作 用下 桥梁 振动 可能会 变 得较 大 ， 是单 车 通行 时对 行 人 产生 的影 响会 较 但
科 研 开 发
移 动 车辆 荷载 作 用下钢 管混凝 土拱桥 振 动
的 舒 适 性 分 析
李秉 南 。 戴 航
（ ．东 南 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 京 ２ ０ ９ ；２ １ 南 １ ０ ６ ．东南 大学 建筑 设 计 研 究 院交 通 分 院 ，南 京 ２ ０ ９ ） １ ０ ６
一
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由于该桥在纵 桥 向的桥 面板与肋 间横梁 之 问设
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时日ｓ 『 Ｊ ／
置 了反力分散橡 胶支座 ， 使得 面内第 １阶 自由振动 的
模 态为悬挂部分 的桥面系纵飘模 态 ， 频率为 ０ ３ 。 ． ０Ｈｚ
基 于前 面建 立 的桥 梁 计 算 模 型 ， 前 ６阶 自振 频 率 其 值 及振 型特 征如表 １ 示 ， 型振 型如 图 ４ 示 。 所 典 所
近年 来 ， 管混 凝 土拱 桥 在 移 动 车辆 荷 载 作用 钢 下 的振动 问题 受 到 了 广泛 的关 注 。有 关 研究 表 明 ， 中下承钢 管混 凝土 拱桥 ，当采用 以横 梁为 主 的桥 面 系时 ， 挂桥 面系 部 分 在 车辆 动 力 荷 载作 用 下 的振 悬 动 问题较 为 突 出ｌ 。桥梁 的振 动会 对桥 上行人 产 生 １ ］ 心 理 和生理 效 应 ， 响桥 上行 人 的舒 适 性 。 。本 影 ］
间距来 决定 。
来计 算桥梁 的动 力 响应 。本研 究采 用有 限元法 计算