高墩大跨连续刚构桥结构自振特性分析
大跨度桥梁的自振频率分析
大跨度桥梁的自振频率分析桥梁作为一种重要的交通设施，承载着人们的出行需求。
而在大跨度桥梁的设计和施工中，自振频率的分析是一项关键任务。
本文将对大跨度桥梁自振频率的分析进行探讨。
一、大跨度桥梁自振频率的意义桥梁的自振频率是指桥梁在自由振动状态下的特征频率。
了解桥梁的自振频率能够帮助工程师判断桥梁的稳定性和安全性。
如果桥梁在风荷载、地震等外力作用下频率接近自身的自然频率，就容易发生共振现象，引发结构破坏，对桥梁的使用安全造成威胁。
二、大跨度桥梁自振频率的计算方法大跨度桥梁的自振频率计算方法有两种：解析法和数值法。
解析法是基于桥梁的动力学原理和结构简化模型，进行频域分析和时间域分析，计算出桥梁的自振频率。
这种方法适用于结构简单的桥梁，计算结果准确可信。
然而，对于大跨度桥梁复杂的结构体系，解析法往往难以应用。
数值法是借助计算机进行桥梁动力特性的计算，通过有限元分析等数值方法，将桥梁的结构划分为离散的单元，在计算机上模拟结构的动力响应，得出自振频率。
数值法相对解析法而言，适用面更广，可以灵活应对不同结构的计算需求。
三、大跨度桥梁自振频率的影响因素大跨度桥梁的自振频率受到多种因素的影响。
1. 结构材料：不同材料的桥梁，由于密度、弹性模量等物理性质的差异，其自振频率也会有所不同。
2. 结构形式：桥梁的结构形式对其自振频率也有较大影响。
例如，悬索桥和梁桥相比，悬索桥的自振频率更高。
3. 桥梁跨度：大跨度桥梁的自振频率相对较低，因此在设计大跨度桥梁时需要给予足够的注意。
4. 动力荷载：风荷载和地震荷载等动力荷载会对桥梁的自振频率产生一定的影响。
四、大跨度桥梁自振频率的控制方法为了控制大跨度桥梁的自振频率，减少桥梁共振的可能性，设计中可以采取以下措施：1. 结构加固：合理调整桥梁的结构形式、结构材料，增加梁的刚度和强度，以提高自振频率。
2. 风洞试验：通过在设计过程中进行风洞试验，了解设计桥梁在不同风速下的响应特性，优化结构设计。
桥墩对曲线连续梁桥自振特性的影响
桥墩对曲线连续梁桥自振特性的影响摘要多次桥梁脉动试验结果揭示连续箱型梁桥的竖向自振频率与理论分析结果吻合较好而纵向和横向自振频率吻合不好。
理论分析时桥墩的简化是关键影响因素。
本文以某六跨连续弯梁桥为基础分析了桥墩对于桥梁自振特性的影响，结果表明桥墩对于桥梁的纵向及横向自振频率具有较大的影响，而对桥梁竖向的自振特性影响不明显。
关键词连续箱梁桥自振特性桥墩1 前言所谓固有振动是指弹性系统在没有外部动力的作用下形成的振动。
固有振动反映系统的固有特性，是研究一切振动问题的基础[1]。
因此准确求解桥梁结构的自振特性是桥梁振动问题的首要环节。
在成桥后的荷载试验也往往通过脉动法测试桥梁的自振特性，通过与理论结果对比揭示桥梁的刚度情况。
然而多次实践表明连续箱型梁桥的竖向自振频率实测与理论分析结果吻合较好而纵向和横向自振频率吻合不好。
分析认为，桥墩是关键影响因素。
本文通过对某桥的实体建模分析支持了该观点。
该桥总长170m，整座桥梁位于半径220m的平曲线。
孔垮布置为25m+4×30m+25m，如图1所示。
上部构造为等截面预应力混凝土箱型连续梁，单箱单室直腹板箱梁，梁高1.6m，顶板宽8.1m，底板宽4m，两侧翼缘悬臂长度2.05m，该桥跨中箱梁截面如图2所示。
下部构造3号桥墩为独柱墩，其余桥墩为门式刚架墩、钻孔灌注桩基础。
图1连续梁桥总体布置图图2跨中箱梁截面2 有限元模型建立为了研究桥墩对该桥自振特性的影响，分别按两种情况建立了有限元模型，第一个模型不考虑桥墩的影响，第二个模型考虑桥墩和梁的共同作用。
Ansys为构建有限元模型提供了丰富的单元选择，具体到该问题可以选用梁单元也可以选用实体单元。
使用梁单元分析时模型构建简单，求解速度较快，但是不能直观的反应梁的振型特性。
使用实体单元构建模型虽较复杂，求解速度较慢，但是可以获得较高的精度，振型直观。
经综合考虑最后决定采用Ansys实体单元Solid45。
在墩台附近箱梁截面形式有所改变，采用实体单元可以精确的反映这种截面的变化。
高墩大跨度连续刚构桥施工技术论文.doc
高墩大跨度连续刚构桥施工技术论文高墩大跨度连续刚构桥施工技术论文混凝土刚构桥开展在早期的结构特征就是跨中设铰，在自然条件下，铰内会出现剪力，梁内会出现附加的内力，这些均会对桥梁受力造成影响。
铰的设定导致桥梁总体性严重受损，将梁换成铰之后，虽然防止了铰接结构的缺陷，可是由于桥梁的跨度加大，该结构无法满足行车的舒适性。
为了可以充分满足行车的舒适性，连续梁得到了一定的开展。
连续梁对于桥梁的总体性要求比拟高，除去两端之外，其他部位都没有伸缩缝。
该种结构益于行车，可是因为中间无铰必须要设定吨位较大的支座，所以，本钱提高了。
因此，连续刚构桥诞生了，其不但具备一定的舒适性，还具备没有支座的优势，施工便捷本钱低廉。
连续刚构桥是在T型刚构桥以及连续梁根底之上开展起来的，使用的高墩结构能够防止桥梁本身因为预应力和混凝土的收缩以及温度改变等因素出现的位移。
此结构的桥梁具备跨度大且伸缩缝很少等优势。
因为桥自身的结构特征，在顺桥方向具备很强的抗弯能力，在横桥方向具备一定的抗扭能力，沿着桥梁方向具备一定的抗推能力[1]。
（1）桥墩高度通常是在40m左右或者以上，并且很有可能高达100m以上。
桥墩比拟高且柔，沿着桥向抗推刚度小，让其具备对温度改变和混凝土伸缩、制动力与徐变让桥上部结构出现水平移动等良好的适应力。
（2）墩身通常是钢筋混凝土结构。
通常涉及是直立式的双柱型薄壁墩，顺桥向抗弯刚度以及横向抗扭刚度很大，可以充分满足大跨径桥梁受力规定。
实心双薄壁墩施工便捷，抗撞击力比拟强，空心双薄壁可节约混凝土。
依照墩身高度与结构计算，双柱间可以设联系板梁接入，增强墩身的整体程度，将受力情况改善。
（3）经过相关计算，选取刚度恰当的桥墩是连续刚构桥主梁的安排方法，并且做到减小箱梁弯矩水平，在一样的应力情况下有益于增加桥梁跨度。
和预应力连续梁桥比拟来说，在一样的汽车荷载情况下，连续刚构桥里面的正弯矩都小于连续桥梁，并且其墩顶的负弯矩峰值偏差不大。
高墩连续刚构桥梁地震反应分析
唐 山学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｓ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＴａ ｇ ｈ ｎ Ｃｏｌ ｅ ｅ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ３ １２ ．
Ｍ ａ ２０１ ｙ． ２
高 墩 连 续 刚构 桥 梁 地 震 反 应 分 析
刘 明 泉
０ 引 言 Leabharlann 我 国西 部 地 区 多 为 高 地 震 烈 度 的 山岭 重 丘 区 或 黄 土 深
壑 ， 形 、 貌 和 地 质 条 件 复 杂 ， 区桥 梁 结 构 通 常 采 用 多 联 地 地 山 连 续 梁 或 连续 刚 构 ， 下部 一 般 为 高 墩 ， 墩 高 相 差 悬 殊 ， 于 且 属 典 型 的非 规 则 桥 梁 。 高 墩 桥 梁 结 构 复 杂 ， 采 用 薄 壁 空 心 多 墩 ， 细 比较 大 ， 震 反 应 较 中 、 桥 墩 复 杂 。此 外 ， 墩 大 长 地 低 高 跨桥梁空 间尺度大 ， 自振 周 期 长 ， 强 震 作 用 下 由 于 变 形 过 在 大 而 容 易 发 生 破 坏 ， 常 表 现 为 桥 梁 支 座 系 统 或 局 部 构 件 的 通 连 接 对 大 变 形 的 不 适 应 性 ， 乏 空 间 变 形 能 力 ， 别 是 单 柱 缺 特
Ｂｒ ｄ ｅ ｗｉｈ Ｈ ｉ ｈ Ｐｉ ｒ ｓ ｎ Ｆｉ ｅ ｏ ｅ ｉ ｇ ｔ ｇ ｅ ｓ Ｂａ ｅ ｏ ｂ ｒ Ｍ ｄ ｌ
ＬＩ Ｍ ｉｇ ｑｕ ｎ Ｕ ｎ － ａ
（ ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ ｖ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｔａ ｇ ｈ ｎ Ｃｏ ｌｇ ，Ｔａ ｇ ｈ ｎ ０ ３ ０ Ｃｈ ｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＣｉｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｓａ ｌ ｅ ｅ ｎ ｓ ａ ６ ０ ０， ｉ ａ
阻尼器对高墩连续刚构桥抗震性能的影响分析
液体黏滞阻尼器作为常用的减震系统 [１￣５] ꎬ可与其他减
图 ２㊀ 箱梁截面( 单位:ｃｍ)
１１ ＃ 墩采用薄壁矩形空心墩ꎬ９ ＃ ꎬ１２ ＃ 墩采用薄壁圆端形
底宽 ５������ ０ ｍꎬ 中支点处梁底局部加宽至 ７������ ０ ｍꎮ １０ ＃ ꎬ 空心墩ꎬ除 ９ ＃ 墩外其余墩均采用桩基础ꎮ
(２)
２６
铁㊀ 道㊀ 建㊀ 筑
第 ５Байду номын сангаас 卷
２������ ２㊀ 全桥有限元模型
梁㊁桥墩㊁承台㊁桩基础采用梁单元模拟ꎬ支座采用主从 自由度模拟ꎬ９ 墩墩底固结ꎮ 对于桩基础ꎬ采用在墩底
＃
采用 ＭＩＤＡＳ / Ｃｉｖｉｌ 建 立 全 桥 动 力 分 析 模 型ꎮ 主
综合类别判定为 Ⅱ 类ꎬ 场地特征周期为 ０������ ４５ ｓꎮ 本文 选取 ３ 条与桥址区场地类别相近的强震记录作为地震 激励ꎬ 分 别 为 ＥＩ Ｃｅｎｔｒｏ 波㊁ Ｔａｆｔ 波 以 及 Ｓａｎ Ｆｅｒｎａｎｄｏ 波ꎬ记为波 １ ~ ３ꎮ 在输入地震波前ꎬ 根据下式对 ３ 条地震波进行调
１ 所示ꎮ 箱梁截面采用单箱单室变高度直腹板截面ꎬ见 图 ２ꎮ 梁底曲线采用二次抛物线 ꎬ 箱梁顶宽７������ ５ｍꎬ 箱梁
㊀ ㊀ 高速铁路预应力混凝土连续刚构桥全桥立面如图
式中:Ｆ 为阻尼力ꎻ Ｃ 为阻尼系数ꎻ ｖ 为速度ꎻ ζ 为阻尼 Ｍａｘｗｅｌｌ 模型来模拟ꎬ见图 ３ꎬ其计算公式为 黏滞阻 尼 器 由 弹 簧 和 阻 尼 器 构 成ꎮ 一 般 采 用
２������ ３㊀ 地震波选取
量集中在主梁各节点上ꎮ
１８ ０００ ｋＮ / ｍ ꎮ 二期恒载采用质量单元模拟ꎬ 并将质 桥址区地震动峰值加速度为 ０������ ２５ｇ ( 相当于基本
大跨高墩连续刚构桥施工阶段动力特性分析
能 引 起 桥 梁 结 构 产 生 局 部 疲 劳 损 伤 ，威 胁 造 成 施 工 安 全 ｌ １ ｌ 。 因 此 ，全 面 了解 大 跨 高 墩 桥 梁 施 工 过 程 中其 动 力 特 性 的变 化 就 显 得 尤为 重 要 。 本 文 以 一 典 型 大 跨 高 墩 连 续 刚 构 桥 工 程 设 计 实 例 ，采 用 有 限元 软 件 ＭＩ ＤＡＳ 建 立该 桥 空 间 有 限 元 计 算 模 型 ，详 细 分 析 了各 个施 工 阶 段 的动 力 特 性 ，探 讨 了大 跨 高 墩 连 续 刚 构 桥 施 工 阶段 动 力 特 性 的变 化 规 律 ， 本文 的 研 究 成 果 可 为 同 类 桥 梁提供技术参考 。
桥 桥 墩 横 桥 向尺 寸为 ６ ． ０ ｍ ，单 壁 纵 桥 向尺 寸 为 ２ ． ５ ｍ， 墩高 ３ ２ ． １ ６ ｍ ，桥 墩 承 台下 设 ９ 根 直径 为 １ ． ８ ｍ 的钻 孔 桩 基 础 ， 桥 台为 Ｕ 型 重 力 式 桥 台 ，刚 性 扩 大基 础 。 采 用 ＭＩ ＤＡ Ｓ 有 限元 软 件 建 立 了 以上 方 案 的空 间动 力 计 算 模 型 ，如 图 １所 示 。在 建 立 空 间动 力 计 算 模 型 时 ，主 梁 和 墩 柱 均 采 用 空 问 梁 单 元 模 拟 ，质 量 包 括 所 有桥 面 系 的 质 量 ，
在 施 工 荷 载 、风 荷 载 和 温 度 荷 载 作 用 下 ，可 能 引起 桥 梁 结 构 产 生 局 部疲 劳 损 伤 ，威 胁 造 成 施 工 安 全 ，为 此 ，文 中 以
一
个 施 工 阶段 的 动 力 特 性 ，探 讨 了大 跨 高 墩 连 续 刚构 桥 施 工 阶段 动 力 特 性 的 变 化 规 律 ，文 中 的研 究 成 果 可 为 同类 桥 梁
大跨高墩连续刚构桥动力特性研究
间结 构板 壳单元 ｓ ｅｌ３模 型与梁 单元 ｂ ａ 模 型分 析 、 ｈｌ ６ ｅｍ４ 比较 了该桥 的动力 特 性． 为进 一 步研 究该 类 桥 型 的抗 震 性能提 供 了理论 分析 基础 ， 为设 计 提供 了依据 ．
费 用． 外其顺 桥 向抗推 刚 度小 ， 另 能有效 地减 小 上部结 构 的内力 ． 小 温度 、 凝 土 收缩 、 变 和地 震 的 减 混 徐
影 响． 些 自身得 天独厚 的优 点 ， 其被 设计 者所 青睐 Ｌ ． 这 尤 １ ］ 在对 大跨 高墩 连续 刚构桥 和城 市 大型高 架桥 进行 地震 反 应 分析 和 计算 前 ， 要 采 用合 适 的动 力 分 需 析模 型． 以确保 桥梁 抗震 计算 的正 确性 ． 结构 模态 分析 是 动力 分 析 的基 础 ， 验模 型 的关 键 环节 抗 震设 检
桥墩 较 高 ， 中 １ 其 ＃墩 高 １ ６ ５ｎ ， ＃墩高 ５ ． 由于 两墩 高度相 差太 大 ， ０ ． ｌ２ ４ ５ｍ． 两墩 在 ５ ． ３以上范 围 内 ４ ５Ｉ １ ．
采用 双肢 等截 面薄 壁墩 型式 ， 壁厚 ２ ０ｉ ， ． 两肢 净 间距 为 ６Ｉ ； ＃墩 在 ５ ． ｎ Ｉ１ Ｔ ４ ５ｒ ｎ以下 部分 采用 １： ０变截 ８ 面实 体墩 ， 以减 小 刚度相 差太 大 的影 响． 国 内 已建 成 的 同 类 型桥 梁 相 比 ， 桥 具 有建 筑 高 度 大 ， 度 同 该 跨
按 １ ８次抛 物线 变化 ， ． ０号梁段 总 长 １ 在 与墩身对 应 的 １ ． 范 围内等梁 高 （ ３ ５ｍ） 两 边各 １ ５ ４ｍ， １ ０ｍ １ ． ， ．
山区大跨连续刚构桥自振特性分析
立 该 桥 的空 间有 限元 模 型 ， 对 其 自振 特 性 进 行 计 算 分 析 ， 获 得 了该 桥 的 自振 频 率 和振 型 。 关键 词 大 跨 连 续 刚构 桥 有 限 元 自振 特 性
山 区高等 级公 路 连 续 刚构 桥 梁 ， 通 常 以跨越 深谷 沟 壑 ， 受 力合 理 ， 施 工便 利 ， 跨 度 大 为其 特 点 而被 广泛 应用 ｕ ］ 。又 因桥 墩 固结 的特 点 ， 省 去 了 大跨 连续 梁 的支座 ， 同时桥墩 厚度 大大减 小 ， 减 少
邓 果 陈 昊 吴 俊
（ 贵 州 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 研 究 院 股 份 有 限公 司 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘
要 以 山 区大 跨 连 续 刚 构 桥 —— 鱼 洞 大 桥 为 研 究 对 象 ， 运 用 大 型 通 用 有 限 元 软 件 ＭＩ ＤＡ Ｓ建
阵； 五 ， Ｕ分别 对 应 于系统 加 速度 列 阵 和 位移 列 阵 。 假 定 多 自由度 体 系 的 自 由振 动 是 简 谐 振 动 ， 则 位
移 可 写 成
（ ￡ ） 一 ｓ ｉ ｎ（ ＋ ） （ ２ ）
ｂ ） 第 ２阶 振 型 （ 主梁一阶横弯）
物 线变 化 。主墩 的设 计 形 式 为 双 薄 壁式 实 心 墩 ， 实 心墩横 桥 向 ６ ． ５ ｍ， 顺桥向 ２ ． ２ ｉ ｎ ， 两 片墩 问净
图 ２ 全 桥 有 限元 模 型
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ ２ ２ ４
２ ０ １ ３年 第 ２ 期
邓
横坡 为单 向 ２ ． ０ （ 左 右 幅相 反 ） 。上 部箱 梁 为 变 截 面单箱 单 室 断 面 ， 箱 顶宽 １ １ ． ２ ５ ｍ， 底宽 ６ ． ５
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1 4
D2 m
计算。而第一层与第二层的等代刚度计算按下面公
式计算:
K s = XPsz= A X z zx = ( a
bp )
(m Xz
Z
Xz )
式中: a为土层的厚度; bp 为该土层在垂直于计 算模型所在平面的方向上的宽度, 常取桩的计算宽 度, 其计算方法可参看规范 [ 2] 相关规定; Z 为土层的 深度。
2 结构计算模型
结构计算模型是进行结构静、动力分析时所采
用的能够反映结构的力学性能和构造特点的计算模 式。因此, 正确建立结构动力计算模型是进行地震 反应分析的首要前提。根据大桥的结构设计特点, 只对大跨度刚构主桥进行抗震计算分析, 为了便于 比较分析, 对该桥段建立了三个计算模型。具体模 型见图 1和图 2, 模型 A 为不考虑桩 - 土相互作用 和库水作用, 模型 B 为考虑桩 - 土相互作用但不考 虑库水作用, 模型 C 为考虑桩 - 土相互作用且考虑 库水作用。
0. 97
6
1. 2365
1. 07
1. 155607
1
1. 016935
0. 88
7
1. 2998
0. 97
1. 34
1
1. 0586
0. 79
8
1. 3791
1. 07
1. 288879
1
0. 992436
0. 77
9
1. 4377
1. 12
1. 283661
1
1. 001255
0. 78
10
1. 5233
1. 16
1. 31319
1
1. 142475
0. 87
图 3 第一阶振型: 一阶正对称横弯
第 2期
汪秀根: 高墩大跨连续刚构桥结构自振特性分析
79
图 4 第二阶振型: 一阶反对称横弯 图 5 第三阶振型: 反对称竖弯 + 纵向平 移
图 6 第四阶振型: 对称横弯 图 7 第五阶振型: 反对称横弯
4 结论
以小湾水电站水库淹没复建的漭街渡连续刚构 桥主桥为工程背景, 利用有限元程序计算, 分析了三 种考虑情况之下连续刚构桥主桥的结构自振特性。 通过分析, 得出以下几点结论。
( 1) 考虑桩土相互作用时会引起结构自由度的 增加, 从而使结构自振频率降低。
( 2) 考虑墩水作用时会引起自振频率的降低。 ( 3) 由于桥墩高, 桥面较窄, 主桥的整体刚度表 现得较柔, 横向刚度的柔性特别明显。对于高墩窄 桥, 需要对桥梁的横向稳定性进行仔细设计。
11 34 000 14 58 000 17 82 000 21 06 000
第八小层 第九小层
1 256 637 0 1 256 637 0
1 25 663 70 1 25 663 70
125 66 370 125 66 370
12 566 37 0 12 566 37 0
第十小层
1 256 637 0
8 359 2 25 07 76 69 66 00
9 72 00 2 916 00 8 100 00
第四小层 第五小层 第六小层 第七小层
890 190 1 144 53 0 1 398 87 0 1 653 21 0
88 191 2 113 388 7 138 586 1 163 783 6
97 52 40 12 538 80 15 325 20 18 111 60
度为 8. 39m, 第 % - 2层为强风化片麻岩, 土层平均
表2
各土层水平抗力系数的比例系数 ! m∀
土层
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
m ( KN /m4 )
18 103
30 103
350 103
100 103
1500 103
注: 第 % 层 m 值按岩石取值, 单位为 kN /m3。
在计算时, 对于岩石类等代刚度按 k =
竖向及横桥向的位移, 同时约束主桥纵向位移; 引桥 对主桥的贡献通过采用弹簧单元模拟支座与梁体的
收稿日期: 2009- 02- 21
第 2期
汪秀根: 高墩大跨连续刚构桥结构自振特性分析
77
约束关系来约束主桥纵向而实现; 墩梁固结部分采 恒载为沿顺桥向 28. 6kN /m, 采用 MASS21质量单元
参考文献: [ 1]国家林业局 昆明勘察设计院. 小湾水电站水库淹没凤庆
县漭街渡 大桥复建工程工程地质详细勘察报告 [ R ] . [ 2]交通部公路 规划设计院. JT J024- 85公路桥涵地基与基
础设计规 范 [ S]. 北京: 人民交通出版社 1985. [ 3]颜东煌, 赖敏芝, 张克 波, 等. 茅 草街大桥基于 ANSYS 的
是桥墩外围的库水对于震动中的桥墩所产生的作用 效的原则把土的水平抗力的作用用弹簧来模拟, 在
将表现为惯性力的形式; 二是墩体内的库水在桥墩 40m 的桩长范围每隔 4m 划分 1个单元, 共生成 10
的震动中, 作为桥墩质量的一部分随桥墩一起震动, 个单元, 同时也生 成 40个与 桩相连的横向 弹簧单
关键词: 连续刚构桥; 有限 元分析; 结构自振特性
1 工程简介
小湾水电站水库淹没而复建的漭街渡连续刚构 特大桥, 其特点是大跨、深水、超高墩、窄桥, 桥跨布 置为 3 50+ 116+ 220+ 116+ 4 50m, 墩高 168m, 主梁宽仅 8m。小湾电站大坝建成蓄水后, 大桥的两 个主墩将有 140米左右淹没在库水中, 为了平衡墩 体受力, 桥墩内部也将充满水。因此在结构自振特 性分析时, 除了考虑桩 - 土相互作用、桥墩周围的库 水作用外, 还要考虑墩体内的水作用。
表1
各桩的计算宽度
桩径
2. 5m
部位
0、3 号墩纵向
0、3 号墩横向
1、2 号墩横向
1、2 号墩纵向
计算宽度 ( m )
2. 7
2. 62
2. 53
2. 68
注: 考虑到各墩桩的纵向和横向的桩间相互影响不同, 故分别处理。
土层根据桥位场地地质条件实际土层拟定, 桥 墩处地基土一共包括五层 [ 1] : 第 # 层为植被土, 土层
厚度为 27. 73m。第 % - 3层为弱风化片麻岩, 平均 厚度 23. 85m。在建模时, 按每四米一层细分。各土
平均厚度为 0. 76m; 第 ∃ 层为含碎石角砾, 土层厚度 层水平抗力数的比例系数 m 见表 2, 其刚度计算见
为 6. 85m, 第 % - 1层为全风化片麻岩, 土层平均厚 表 3。
动力特性。桥梁结构的动力特性是 指桥梁的固有 型的模态示意图 ( 见图 3~ 图 7) 。
表4
A、B、C 三种模型前十阶自振频率表
模型 A 振型阶次
自振频率 与模型 B的比率
模型 B 自振频率 与模型 B的比率
模型 C 自 振频率 与模型 B 的比率
1
0. 22412
1. 06
0. 211434
1
0. 205091
0. 97
2
0. 29436
0. 94
0. 313149
1
0. 297491
0. 95
3
0. 30900
1. 05
0. 294286
1
0. 279571
0. 95
4
0. 68860
1. 02
0. 675098
1
0. 661596
0. 98
5
0. 82795
0. 86
0. 962733
1
0. 933851
76
林业建设
2009 年
高墩大跨连续刚构桥结构自振特性分析
汪秀根
( 国家林业局昆明勘察设计院, 云南昆明 650225)
摘要: 以小湾水电站水库淹没而复建的漭街渡连续刚构 桥主桥 为工程背 景, 利用大型 通用有 限元分 析软件 ANSYS, 建立 了有限元分析模型, 分析了高墩大跨连续刚构桥主桥结构自振特性, 其研究结果可供类似工程参考借鉴。
1 25 663 70
125 66 370
12 566 37 0
3 桥梁自振特性分析
频率和振型。模态的提取方法即 特征值的求解方
3. 1 模态分析
法利用子空间迭代法。分析了主桥的 150阶振型,
用模态分析可以确定设计结构的振动特性, 即 这里仅列出前 10阶的自振频率 ( 见表 3) , 及前 5振
( 2) 在模型 A 的前十阶振型中, 包括了桥墩、梁 以及墩梁耦合的振动, 振型形态差别较大。在模型 的振动形态中, 第一阶的基本振型是侧向对称横弯, 第二阶振型为侧向反对称横弯, 而第三阶振型为竖 向反对称弯曲及纵向平移, 前 10阶振型以横桥向贡 献为主。由于桥墩很高, 桥面较窄, 主桥的整体刚度 表现得较柔, 横向刚度的柔性特别明显。对于纵向 除了要保证桥墩在地震作用下不发生任何形式的破 坏之外, 还要注意梁端部留有足够的位移空间。
主桥计算模型如下图所示。
图 1 计算模型 A
大桥几何模型采用 BEAM 188三维线性有限应 变梁单元创建。梁单元控制截面均按照一般构造图 提供的截面尺寸建立。模型包括主跨箱梁、主墩、承 台以及交界墩。考虑了墩体与水的耦合效应对结构
图 2 计算模型 B、C
的影响。 桥墩底部与承台完全固结, 主梁与交界墩耦合
空间计算 模型 [ J]. 长沙交通学院学报, 2003, ( 6).
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林业建设
2009 年
3. 2 计算结果分析 ( 1) 动力特性分析时建立了三个分析模型, 即
模型 A、模型 B、模型 C。计算出前十阶自振频率对 比分析表明: 桩土相互作用对自振特性会产生一定 影响, 考虑桩土相互作用时会引起结构自由度的增 加, 从而使结构自振频率降低。在后续计算中, 所有 模型均采用考虑桩土共同作用的计算模型。考虑墩 水作用同样会引起自振频率的降低。