斜拉—懸吊協(xié)作體系橋動(dòng)力響應(yīng)分析

牟瑛娜+萬信號+任韋澎+何永偉

摘 要：文章以自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋?yàn)楣こ瘫尘?，對這一新型結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性進(jìn)行研究，建立空間有限元計(jì)算模型進(jìn)行動(dòng)力分析，得出結(jié)構(gòu)的基本周期和振型，在此基礎(chǔ)上得出其動(dòng)力特性的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋；動(dòng)力特性；自錨式；振型

混凝土自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋綜合傳統(tǒng)自錨式懸索橋和斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在施工時(shí)用臨時(shí)錨固措施，但成橋?qū)⒅骼|是錨于梁體從而不需要修建龐大的錨碇，同時(shí)解決了傳統(tǒng)的斜拉-懸吊協(xié)作體系橋軸力不連續(xù)的問題，表現(xiàn)出顯著的結(jié)構(gòu)性能以及良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。動(dòng)力特性是橋梁結(jié)構(gòu)剛度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對于進(jìn)行橋梁的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)以及維護(hù)有著十分重要的意義。目前從已有的文獻(xiàn)來看，對自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋的研究非常之少。目前國內(nèi)第一座混凝土自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋-莊河建設(shè)大橋已建成通車，以及將要修建的金州海灣大橋，大連港跨海大橋都將采用自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系，這種類型協(xié)作體系的動(dòng)力特性和地震反應(yīng)進(jìn)行研究將具有十分重要的意義。

1 工程概況

某跨海工程主橋方案采用140m+400m+140m自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系，鋼-混凝土組合橋，邊中跨比為0.35：1，單箱四室扁平流線型加勁梁，梁寬27米，高2.8米。扇形密索斜拉索布置。H型雙獨(dú)柱主塔，塔身截面為實(shí)體矩形，漂浮體系，群樁基礎(chǔ)。主纜的中跨矢跨比1/6，直徑54.3cm，采用85根φ54mm鍍鋅鋼絲繩組成，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1960MPa。吊桿為121×φ7.1mm鍍鋅高強(qiáng)平行鋼絲，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1670MPa。模型參數(shù)中，主纜面積1.13×10-1m2，彈性模量2.00×105MPa；吊索面積2.69×10-2m2，彈性模量1.95×105MPa；混凝土加勁梁面積20.70m2，彈性模量3.45×104MPa；鋼加勁梁面積1.36m2，彈性模量2.10×104MPa。

2 有限元模型的建立

采用空間有限元分析橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，對自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋來說，在建立有限元模型時(shí)，對主梁、主塔、纜索、橋墩和基礎(chǔ)的質(zhì)量、剛度及其邊界條件的模擬極為重要。本模型中采用脊梁橋面系，如圖1。采用空間桁架單元模擬主纜、吊桿及斜拉索。采用梁單元模擬主梁、主塔、橋墩及橫系梁等，鋪裝僅考慮其質(zhì)量，不計(jì)其剛度。在邊界條件方面：主梁與邊墩沿橫向、豎向以及繞縱軸、豎軸四個(gè)自由度為從屬關(guān)系，沿縱向及繞橫軸放松運(yùn)動(dòng)。橋塔在主梁處設(shè)豎向支撐，側(cè)向則被橋塔約束。

3 動(dòng)力特性分析

對所建立的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的基本周期和振型。表1給出了特征值計(jì)算結(jié)果。

4 結(jié)束語

文章以自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系橋?yàn)閷ο?，研究其?dòng)力特性，發(fā)現(xiàn)主梁豎向彎曲振型在這樣的協(xié)作體系橋中總是優(yōu)先出現(xiàn)，說明穩(wěn)定性問題比較突出。得出的有限元計(jì)算結(jié)果可以作為該橋抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)依據(jù)，對于其它類似橋梁抗震設(shè)計(jì)，也可以作為一個(gè)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]張哲，萬其柏.斜拉橋與其他橋型的協(xié)作研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，32（2）：214-217.

[2]交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTJ 004-89.公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[3]李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)[M].北京：中國鐵道出版社，1992.

[4]王伯惠.斜拉-懸索協(xié)作體系橋[J].遼寧省高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2000，9（3）.

[5]黃海新.自錨式斜拉-懸吊協(xié)作體系動(dòng)力響應(yīng)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[6]陳君.莊河建設(shè)大橋地震反應(yīng)分析[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

[7]李國豪.工程結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980.

[8]劉春城，張哲，石磊.自錨式懸索橋的縱向地震反應(yīng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，26（5）：607-610.

[9]John A.Ochsendorf.Divid P.Villington. Self-anchored suspension bridges[J]. Journal of Bridge Engineering， August 1999，Vol.4，No.3：151-155.

作者簡介：牟瑛娜（1978，05-），女，漢族，山東省牟平，大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，講師，博士，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)及振動(dòng)研究。