叉形桥梁的动力特性理论分析及模拟研究.pdfVIP

振 动 与 冲 击 第27卷第4期 JOURNAL OF VIBRAⅡON AND SHOCK 蓟 叉形桥梁的动力特性理论分析及模拟研究 卢彭真 ， 张俊平。， 赵人达 (1．西南交通大学土木工程学院，成都 610031；2．广州大学土木工程学院，广州 510006) 摘 要：叉形桥梁结构行为复杂，影响结构动力特性的因素较多，为较好把握其受力行为，有必要对叉形桥梁结构 进行动力特性的研究。通过空间梁格的分析方法对典型叉形桥梁进行简化离散，然后基于通用有限元软件SAP2000，采 用不同的支座形式对典型叉形桥梁结构的振动频率及振型进行了模拟分析，并讨论了主要结构参数对其动力特性的影 响。研究结果是叉形桥梁结构基频为竖弯，不同支座设置对结构上部的动力特性影响显著，建议在设计时采取适当的措 施提高横向刚度，确保结构的安全运营。 关键词：叉形桥梁结构；振型与频率；梁格理论 中图分类号：U441；TU311．3 文献标识码：A 城市高架桥工程和立交枢纽工程是解决现代城市 造方式上，交叉处构造方式的不同主要是根据结构本 交通问题的有效途径，而叉形桥梁是以上工程常采用 身上下部的不同特点及地面交通要求来进行设计。主 的结构形式，它有效地解决桥面交通与地面交通的问 要有以下两种： 题。叉形桥梁结构的主要特点：诸多采用连续梁的结 1)主桥在与两分叉线相接的横梁处开始分成两 构体系、结构截面形式通常采用薄壁箱梁 ]、叉形桥 支独立的桥梁结构，待浇筑完毕后才在两支线的连接 梁的匝道曲线部分的曲率半径比较小。另外，叉形桥 处浇筑顶板、底板、翼缘板、及小半径曲线腹板。这种 梁结构在理论上，由于采用薄壁箱梁截面，约束扭转和 结构适用于两分支线的交角不太大及桥面不太宽的 畸变效应比较突出，同时由于叉形桥梁结构两分叉结 情况。 构的相互联系和制约作用，又使得约束扭转和畸变效 2)通过增加变宽箱室的结构形式实现变宽。这 应更加显著 I4 J，如果箱形梁采用较宽的翼缘结构，则 种结构适用于两分支线的交角较大且桥面较宽的 剪力滞产生的效应也非常突出。随着我国经济建设和 情况。 对外开放的迅速发展，城市高架桥和立交桥的形式和 本文根据诸多叉形桥梁中抽象出典型的叉形桥梁 构造日趋复杂化，建设的数量不断增多及规模也在不 进行动力模拟计算分析，典型的叉形桥梁整体布置见 断地扩大。与此同时相应的车流量也相继增加，某些 图1所示。 桥梁的超载现象比较严重，尤其一些立交枢纽结构较 大的车流量，超载次数之多，从而对桥梁结构造成严重 的振动问题。因此，多数现存大的城市高架桥及立交 桥均不同程度地存在振动比较厉害的现象。针对这一 问题，为确保城市高架桥及立交桥的安全运营，本文从 多数叉形桥梁结构中抽象出典型的叉形桥梁结构作为 研究对象，同时基于通用有限元程序软件SAP2000对 典型叉形桥梁结构的振动频率及振型进行了模拟分 析，并讨论了主要结构参数对其动力特性的影响，为叉 形桥梁的动力设计提供参考，确保城市高架桥及城市 立交枢纽工程的安全运营。 图l 叉形桥梁结构的总体布置 1 典型叉形桥梁概况 2 结构简化与等效参数模拟 叉形桥梁结构的关键部位在于交叉处异形段的构 梁格理论的主要思想是将桥梁的上部结构用一个 等效的梁格来模拟，因此，运用梁格理论处理叉形桥梁 基金项目：教育部优秀青年教师基金项目(教人司[2000]ll号)