大跨度桥梁动力特性和抗震能.pptVIP

讲座内容提要 第8阶：主缆振动振型 第12阶：一阶正对称扭转 第13阶：一阶反对称扭转 第39阶：一阶主塔反对称纵弯振型 第40阶：一阶主塔对称纵弯振型 大跨度拱桥动力特性的特点 4. 各种结构体系动力特性的特点 对于以主拱圈受力为主的简单体系拱，其单拱的固有振动频率不难用解析法或有限元法求得。又由于一般的桥梁横截面都是对称的，因此拱在经过桥梁纵向对称轴线的对称平面内的挠曲振动和垂直于该平面的侧向弯曲—扭转振动就可以分开处理。平面挠曲固有振动的振型序列，一般第一振型总是反对称的，而第二、第三振型都是对称的。但根据模型试验和电算的结果发现：拱的振型序列随矢跨比的减小而发生变化。即随着矢跨比的减小，第一反对称振型的频率逐渐与第一对称振型的频率靠拢。当f/l≈0.08时两者接近相等。单拱的出平面第一振型一般都是一阶对称侧弯，它在总的频率程序中的位置应视主拱的竖向挠曲刚度和横向挠曲刚度的大小。对于连续拱桥的动力特性和反应规律在文献中已有详细分析，下面以几座各种类型的拱桥为例说明各自动力特性的特点。 1. 不论那一种类型，它的第一振型都是全桥的竖向反对称挠曲振动或侧向对称挠曲振动，这取决于竖向挠曲刚度和横向挠曲刚度的大小及全桥的宽跨比。 2. 高阶振型的振动特性比较复杂，因为它们受到了结构形式，杆件之间的连接方式，支承条件等的影响。如五羊桥的主拱为一座中承式无较拱，跨度较大，桥面也较宽，但由钢管混凝土组成的主拱圈抗扔刚度较小，加之中间横向连接系不强，就出现了很多侧向挠曲—扭转耦合振型。而连海大桥为拱梁组合体系，横向采用密集的“K”型风撑，使横向挠曲刚度和扭转刚度很大，因此出平面的振型出现比较迟。 概况 桥例——丫髻沙特大拱桥 丫髻沙特大桥位于广州市海珠区南西侧丫髻沙岛的西北端，跨越珠江，距下游洛溪大桥约2Km。主桥为中承式拱结构，跨径组合76+360+76米，总体结构布置见下图，主拱计算矢高76.45m，矢跨比为1/4.5。拱轴系数m=2，k=1.317。每片拱肋由6?750钢管混凝土结构组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架，其中外侧和内侧钢管为?750×18mm，中间钢管为?750×20mm，钢管间的横向平联板总厚为500mm，内、中、外三根钢管通过平联板形成共同受力的类似肋板式的结构，上、下钢管间通过?450×12mm和?351×10mm的腹杆组成稳定的空间结构。主拱脚钢管中心距8.039m，拱顶钢管中心距4.000m。两片拱肋的中心距为35.95m。设有7组大“米”字横撑，在拱肋的弦管和平联板内灌注60＃高强补偿收缩混凝土。 丫髻沙大桥总体结构布置 动力计算模型 采用三维有限元方法建立动力计算模型(见下图)。主拱圈、主拱风撑桁架等效为空间梁单元；边拱拱圈、桥面板、横梁、立柱、边墩均采用空间梁单元模拟；吊杆、系杆采用三维桁架单元模拟。考虑了几何刚度的影响。 边界条件处理为：桥面板(模拟为一纵梁)与立柱上横梁之间铰接；边拱顶与桥墩之间纵桥向平动及转动自由度相对自由，其它自由度主从；边墩底及拱脚固结。 丫髻沙大桥的动力计算模型 动力特性分析 下表列出了丫髻沙大桥的前10阶振型的频率及振型特征，随后的图则为8阶典型的振型。 第1阶：对称侧弯振型 第2阶：反对称竖弯振型 第3阶：主拱、边墩和桥面侧弯振型 第4阶：耦合振动振型 第7阶：对称竖弯振型 第8阶：边墩纵弯振型 第10阶：边墩纵弯振型 第11阶：拱上立柱纵弯振型 动力特性主要取决于结构的刚度系统和质量系统。下面就以斜拉桥为例就这两方面进行分析。 5. 影响动力特性的主要因素 刚度系统 与斜拉桥的刚度系统有关的因素有：结构体系、索面布置、索的形式、主梁的截面形式、支承形式、辅助墩的设置、主塔的几何形状等。 ① 结构体系 从理论上分析，主梁的跨长，抗弯刚度及斜拉索的布置形式对竖向挠曲频率有很大的关系，这是显而易见的。因为它们都影响了结构的竖向挠曲刚度。如闭口箱梁的竖向挠曲频率较开口截面的高，在其他条件相同的情况下竖琴式拉索布置的竖向挠曲频率将低于扇形布置的。另外；主梁的截面形式，支承条件及索面布置对主梁的扭频有很重要的影响。 某桥梁设计方案为双塔双索面钢斜拉桥，其跨径布置为100+100+278+1088+278+100+100m，结构立面布置见下图。索塔为钢筋混凝土塔，承台以上塔高为279.7米。塔柱为单箱单室断面，顺桥向宽度为10～20米，横桥向宽度为5～8米。索塔自上而下共设三道横梁，截面高度分别为4.5m、6.0m、8m。主梁为钢结构，梁高4.0米，全宽为37.2米，采用封闭扁平流线型钢箱梁。全桥共设4×3