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哈尔滨工业大学2006届本科优秀毕业设计（论文）选集 PAGE PAGE 321 - - 依兰牡丹江大桥模型模态测试与分析 土木工程学院：肖雯雯 指导教师：段忠东 摘 要：本文采用大型有限元软件Ansys对依兰牡丹江大桥1:10模型进行了有限元模型分析，计算得到了其前10阶模态。并对该模型进行了模态试验，采用结合NEXT（Natural EXcitation Technique）法的特征系统实现算法（ERA法）和FDD（Frequency Domain Decomposition）法对模态参数进行识别，得到了结构的前5阶频率和振型。结果表明，本文采用的试验方案和参数识别方法基本能够对该结构进行再现，但还有待于进一步改进。同时有限元计算结果和试验结果之间存在较大差异，因此对此复杂类结构作进一步的模型修正是很有必要的。 关键词：钢管混凝土拱桥；有限元法；动力特性；模态试验； Abstract：In this paper, a finite element analysis of Yi-lan Mu-dan-jiang long-span bridge 1:10 model is taken to obtain its first ten modes. Then a modal test is executed, and the first 5 modes are identified using Eigensystem Realization Algorithm (ERA) combined with Natural Excitation Technique (NEXT) and Frequency Domain Decomposition (FDD).The result demonstrate that the test scenario and parameter identification methods used can rebuild the structure, but further improvement is need. Meanwhile, there are differences between the analytical results and identified results, therefore it’s necessary to modify the finite element model. Key words：Concrete-filled steel tubular(CFST) arch bridge; Finite element method; Dynamic characteristics; Modal test 引 言 依兰牡丹江大桥是黑龙江同江至海南三亚国道主干线在黑龙江境内跨度最大的桥。该桥主跨为二跨100m无风撑中承式钢管混凝土拱桥，在建桥时（1994年）是我国东北地区最大跨径的中承式钢管混凝土拱桥，该桥拱肋是国内外首次采用三根钢管组成的三角形空间行间结构；是拱肋间不设风撑的同类桥梁中跨径最大的。依兰牡丹江大桥模型是按实桥的1/10尺寸，和与实桥完全相同的材料，按等应力条件设计制造的，在国内属首次。通过与足尺寸的构件试验比较验证了该桥在同样应力条件下，具有同等的截面强度，也就是说可以利用该桥的强度安全度、稳定安全度和力学特性来评价实桥，因而对该模型的动力特性进行研究实桥的动力分析具有重要的参考意义。[1] 依兰牡丹江大桥1/10模型的有限元建模和模态分析 2.1 依兰牡丹江大桥1/10模型结构概况 依兰牡丹江模型单孔净跨为10m，桥面宽1.25m，拱肋中距1.18m。主拱肋拱轴线为悬链线，拱轴系数为m=1.756，跨径为L=10m，矢高f=2.5m，矢跨比f/L=1/4。拱肋横断面采用三根Φ60×1.2mm钢管混凝土组成的三角形钢管混凝土空间桁架，主弦管间采用Φ20×1.0mm斜腹杆、直腹杆和水平连杆，吊杆间距0.6m，采用10根Φ5高强钢丝束。中承式拱桥桥面系的大部分荷载是通过间距吊杆以集中力形式传递给拱肋的。而吊杆通过咬焊在三角形桁架下边缘的两个钢管上的直径为Φ42×1.0mm的吊杆横梁来传递荷载，吊杆横梁顺桥间距为0.6m。腹杆间距0.2m。拱圈构件中钢材采用16Mn钢，混凝土采用C50微膨胀混凝土。横梁为空心箱梁，与吊杆连接的箱形梁尺寸为100×120×10×18mm，与立柱连接的箱梁尺寸为100×70×10×10mm。桥面板为跨径0.6m的钢板，厚度为10mm，桥面板之间为横向铰接。桥面上拱肋间不设横撑，在桥面下每端设置一道“X”横撑和一道“一”字形横撑，均采用同L50×50mm型刚，在拱肋与桥面相交处设置固定钢筋混凝土横梁，拱桥两端设置三排