波形鋼腹板連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其自振影響分析

李 杰， 周亞鵬， 陳 淮

(鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

波形鋼腹板連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其自振影響分析

李 杰， 周亞鵬， 陳 淮

(鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

為了分析波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其自振的影響，以鄭州市隴海路高架常莊水庫(kù)橋?yàn)橐劳?，利用ANSYS軟件建立3跨精細(xì)有限元模型，分析預(yù)應(yīng)力、波形鋼腹板的波折角度、單板寬度、腹板厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及橫隔板數(shù)量對(duì)連續(xù)體系波形鋼腹板組合箱梁自振特性的影響.分析表明：預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生“應(yīng)力軟化”效應(yīng)引起結(jié)構(gòu)總剛度降低，結(jié)構(gòu)的頻率降低;另一方面，體外束預(yù)應(yīng)力使得混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，通過(guò)彈性模量修正，自振頻率會(huì)隨著預(yù)應(yīng)力束張拉力的增大而增大，可與試驗(yàn)結(jié)果吻合；振動(dòng)頻率隨波折角度的增大表現(xiàn)為先增大后減小，然后會(huì)出現(xiàn)小幅度增長(zhǎng)；振動(dòng)頻率隨著水平板寬的增加表現(xiàn)為先增大后減?。回Q向振動(dòng)頻率、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)頻率均隨著腹板厚度的增加而增大，橫向振動(dòng)頻率隨著腹板厚度的增加而減?。辉黾訖M隔板數(shù)量能明顯提高箱梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率，但扭轉(zhuǎn)頻率的增長(zhǎng)速率隨著橫隔板數(shù)量的增加逐漸降低.

結(jié)構(gòu)參數(shù)； 波形鋼腹板組合箱梁； 連續(xù)梁； 自振頻率

0 引言

波形鋼腹板組合箱梁采用波形鋼板置換混凝土箱梁中的混凝土腹板，使箱梁成為由鋼筋混凝土頂?shù)装搴筒ㄐ武摳拱褰M成的組合結(jié)構(gòu)，其充分利用了混凝土抗壓和波形鋼腹板抗剪強(qiáng)度高、梁體自重輕、頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)合理、綠色高效的橋梁主梁結(jié)構(gòu)形式[1-3].橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性是橋梁工作性能和抗震、抗風(fēng)等動(dòng)力性能分析的重要參數(shù)，與橋梁的自身性質(zhì)息息相關(guān)，新頒布的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)中公路汽車荷載沖擊系數(shù)的計(jì)算仍然是以橋梁基頻為參數(shù)[4]，因此橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù).一些學(xué)者通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值方法研究分析了波形鋼腹板組合箱梁的自振頻率[5-8]，并討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)自振特性的影響[9-13]，但針對(duì)連續(xù)體系波形鋼腹板組合橋梁的研究還不多.隨著組合橋梁的快速發(fā)展，連續(xù)、斜拉等結(jié)構(gòu)體系逐漸增多，有必要對(duì)非簡(jiǎn)支體系的波形鋼腹板組合橋梁的自振特性進(jìn)行研究.本文以鄭州隴海路高架常莊水庫(kù)橋?yàn)橐劳?，選取三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系，采用有限元數(shù)值方法，分析預(yù)應(yīng)力、波形鋼腹板的波折角度、單板寬度、腹板厚度等幾何參數(shù)，以及橫隔板數(shù)量對(duì)連續(xù)體系波形鋼腹板組合箱梁自振特性的影響.

圖1 鄭州市隴海路高架常莊水庫(kù)橋

1 依托工程及有限元建模

1.1 依托工程

鄭州常莊水庫(kù)橋作為鄭州市隴海路快速通道工程的重要組成部分，是國(guó)內(nèi)首次采用頂推施工建造的波形鋼腹板組合箱梁，如圖1所示.該橋全長(zhǎng)940 m，跨徑布置形式為(9 m×50 m)+(9 m×50 m+40 m)，上部結(jié)構(gòu)為等高度的波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合連續(xù)箱梁，左右幅斷面對(duì)稱布置，兩幅之間設(shè)20 mm分隔縫.單幅斷面采用單箱單室斜腹板截面，截面

頂緣采用雙向2.0%橫坡，梁底水平布置.波形鋼腹板采用BCSW1600型，板厚采用16 mm和20 mm兩種，頂?shù)装逶O(shè)有體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力束，腹板傾斜角度75°，箱梁中心高度為3.5 m，箱梁頂板懸臂長(zhǎng)度為3.2 m，內(nèi)室寬度為6.35 m，頂板懸臂端部厚度為0.2 m，根部厚0.55 m；頂板厚度為0.3 m，底板厚度為0.25 m，支點(diǎn)橫梁處加厚至0.55 m.在靠近支點(diǎn)處的波形鋼腹板側(cè)面設(shè)置內(nèi)襯混凝土，內(nèi)襯段混凝土長(zhǎng)度為3.2 m，端部厚0.3 m，根部厚0.6 m.箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖2.

圖2 波形鋼腹板組合箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面

1.2 有限元模型

考慮到常莊水庫(kù)橋的結(jié)構(gòu)形式相同，本文選取其中3跨連續(xù)體系進(jìn)行研究，并采用ANSYS有限元分析軟件建立常莊水庫(kù)橋精細(xì)空間組合有限元模型.波形鋼腹板箱梁頂、底板為混凝土板，且其橫截面不規(guī)則，采用Solid65實(shí)體單元進(jìn)行模擬，由于頂?shù)装搴筒ㄐ武摳拱宓倪B接處為折線，為使波形鋼腹板和頂?shù)装逋耆补?jié)點(diǎn)，同時(shí)為方便映射網(wǎng)格劃分，建模中注意保證在頂?shù)装搴筒ㄐ武摳拱褰唤缣幗⑼耆呛系牟ㄕ劬€；端橫隔梁、中橫隔板位于箱梁的內(nèi)部，均由混凝土澆筑而成，采用三維實(shí)體單元Solid65模擬；波形鋼腹板的厚度16～22 mm，沿著箱梁軸向成波折形狀布置，主要承擔(dān)頂、底板傳遞來(lái)的剪力，沿軸向幾乎沒(méi)有抵抗作用，采用Shell63殼單元模擬，并通過(guò)定義實(shí)常數(shù)賦予波形鋼腹板的厚度；按照施工圖紙中體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力束的位置，采用Link10單元模擬預(yù)應(yīng)力筋.在有限元模型中，由于混凝土采用Solid65單元模擬，僅有3個(gè)平動(dòng)自由度，而波形鋼腹板采用Shell63殼單元模擬，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度以及3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，當(dāng)兩者僅用共節(jié)點(diǎn)連接時(shí)軟件中默認(rèn)為鉸接，彎矩?zé)o法在兩者之間有效傳遞，而實(shí)際上波形鋼腹板與頂、底板混凝土的連接部位可以限制波形鋼腹板的轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈性工作范圍內(nèi)，波形鋼腹板和頂、底板混凝土能夠完全共同受力，不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或剪切破壞，兩者之間的連接認(rèn)為是剛性連接，因此在建立模型時(shí)通過(guò)兩者共用節(jié)點(diǎn)并施加約束方程的方法進(jìn)行準(zhǔn)確模擬.此外，波形鋼腹板是通過(guò)其內(nèi)側(cè)焊釘嵌入在內(nèi)襯混凝土和橫隔板中，從而使各構(gòu)件共同受力協(xié)調(diào)變形，因此只要保證共節(jié)點(diǎn)就可以確保兩者的有效連接.預(yù)應(yīng)力束通過(guò)定義實(shí)常數(shù)賦予鋼絞線面積，并采用初應(yīng)變法模擬預(yù)應(yīng)力張拉；在單元分別劃分后，通過(guò)耦合命令將預(yù)應(yīng)力束單元上的所有節(jié)點(diǎn)與離其最近的混凝土單元的節(jié)點(diǎn)耦合，從而使預(yù)應(yīng)力鋼束和混凝土連結(jié)成整體，并將預(yù)應(yīng)力施加到混凝土上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩者的共同受力；對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束，僅需預(yù)應(yīng)力鋼束節(jié)點(diǎn)和混凝土節(jié)點(diǎn)完全耦合，對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力鋼束，每根預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)力大小相同，可以采用相同的初始應(yīng)變，中間節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)向塊處釋放縱向自由度，徑向與轉(zhuǎn)向塊節(jié)點(diǎn)耦合.

建立幾何模型后，對(duì)全橋進(jìn)行網(wǎng)格劃分以建成有限元模型.混凝土實(shí)體采用高精度的六面體單元，波形鋼腹板采用4節(jié)點(diǎn)的板殼單元.對(duì)混凝土單元和波形鋼腹板單元進(jìn)行劃分時(shí)，全部采用映射網(wǎng)格劃分.所建模型共61 352個(gè)實(shí)體單元，6 352個(gè)板殼單元，1 658個(gè)桿單元，97 446個(gè)節(jié)點(diǎn).

2 波形鋼腹板連續(xù)箱梁自振特性的影響因素分析

2.1 預(yù)應(yīng)力的影響

根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，針對(duì)YYL1～YYL6這6種工況(如表1所示)，分析預(yù)應(yīng)力對(duì)波形鋼腹板連續(xù)箱梁自振頻率的影響.

表1 預(yù)應(yīng)力張拉分析工況

1階豎向自振頻率分析結(jié)果見(jiàn)表2.考慮到由于預(yù)應(yīng)力的施加會(huì)產(chǎn)生“應(yīng)力軟化”效應(yīng)，幾何剛度矩陣引起結(jié)構(gòu)總剛度降低，進(jìn)而結(jié)構(gòu)的頻率降低，同時(shí)也可以看出預(yù)應(yīng)力對(duì)波形鋼腹板組合箱梁自振頻率的影響較小.但該結(jié)論與一些模型試驗(yàn)結(jié)果不吻合[10]，不能解釋試驗(yàn)中所反映出來(lái)的數(shù)據(jù)，預(yù)應(yīng)力除了會(huì)產(chǎn)生“應(yīng)力軟化”效應(yīng)降低結(jié)構(gòu)的剛度外，還會(huì)使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài).復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土極限強(qiáng)度比單向應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度大，理論和試驗(yàn)證實(shí)混凝土的強(qiáng)度與彈性模量相關(guān)，那么可以通過(guò)建立預(yù)應(yīng)力與混凝土彈性模量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的彈性模量進(jìn)行修正[12],以便與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合.文獻(xiàn)[12]通過(guò)大量復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下混凝土梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用回歸分析的方法找出了預(yù)應(yīng)力與混凝土彈性模量的關(guān)系，如公式(1)所示.

(1)

其中：y=Eq/Ec,表示混凝土彈性模量的增加倍數(shù)(Eq為等效的彈性模量，Ec為實(shí)際彈性模量);N表示施加的預(yù)應(yīng)力大小;e表示偏心距;h表示箱梁截面高度;l表示跨徑;A表示截面面積;fck表示混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;a、b、c分別表示擬合公式的系數(shù)，具體數(shù)值大小如式(2)所示.

a=-6.651 418 8×10-3;b=7.512 877 8×10-3;c=2.409 094 7×10-3.

(2)

表2為彈性模量修正與否的對(duì)比，可以看出對(duì)本文選定的波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋而言，當(dāng)不修正混凝土的彈性模量時(shí)，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的各階自振頻率均會(huì)隨預(yù)應(yīng)力大小的增大而減小，這是由于施加預(yù)應(yīng)力后幾何剛度矩陣引起結(jié)構(gòu)總剛度降低，進(jìn)而結(jié)構(gòu)的頻率降低；當(dāng)修正混凝土的彈性模量時(shí)，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的自振頻率隨預(yù)應(yīng)力的增大而增大，這是由于除了“應(yīng)力軟化”導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剛度降低外，還可能由于混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，從而使混凝土彈性模量出現(xiàn)一定程度的增大，進(jìn)而引起波形鋼腹板連續(xù)梁橋的剛度增大，該結(jié)果也與試驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合[10].但總的來(lái)看，預(yù)壓力張拉對(duì)波形鋼腹板組合連續(xù)箱梁橋自振特性的影響不大.

表2 不同預(yù)應(yīng)力下的1階豎向自振頻率

2.2 波形鋼腹板結(jié)構(gòu)形式的影響

波形鋼腹板是波形鋼腹板橋梁的重要組成部分，有必要研究其結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對(duì)自振頻率的影響.目前國(guó)內(nèi)外常用的波形鋼腹板的波形主要有1600型、1200型和1000型3種，其中1600型是實(shí)際工程應(yīng)用最多的一種波形，1200型與1000型主要應(yīng)用于跨度較小的梁以及因運(yùn)輸困難需采用波長(zhǎng)和波幅較小的橋梁.波形鋼腹板的形狀參數(shù)主要由水平板寬b、斜板的投影d、斜板水平投影長(zhǎng)度c、板厚t和波形高度h組成，且d=bcosα，h=bsinα，其中：α表示波折角度.由此可得波形鋼腹板的獨(dú)立形狀參數(shù)只有單板寬度b、波折角度α和板厚h.根據(jù)這3個(gè)參數(shù)，分別進(jìn)行波形鋼腹板的結(jié)構(gòu)形式對(duì)波形鋼腹板連續(xù)箱梁自振特性的影響分析.

2.2.1 波折角度α的影響 常莊水庫(kù)橋采用的波形鋼腹板波折角度為30.7°，參考國(guó)內(nèi)外已建成的此類橋梁的波形腹板常用的波折角度[13]，選定斜板傾角分別采用25.1°、30.7°(1600型)、36.5°(1200型)、40.2°、45°(1000型)和50.7°，同時(shí)保證腹板厚度t=16 mm及單塊鋼板寬度b=430 mm不變.按照上述6種傾角依次建立BZJ1～BZJ6,分析工況的數(shù)值模型，限于篇幅取1階豎彎、1階橫彎、縱向振動(dòng)以及1階扭轉(zhuǎn)這4種振型的頻率進(jìn)行分析，見(jiàn)表3所示.

表3 不同波折角度下的自振頻率

由表3可以得出：在25.1°～30.7°范圍內(nèi)，隨著波折角度的增大，波形鋼腹板的豎向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率均會(huì)有所上升，提高幅度分別為2.11%、0.42%、0.37%和0.07%，表明隨著波折角度的增大，提高了波形鋼腹板連續(xù)箱梁的剛度，尤其是豎向剛度；在30.7°～36.5°范圍內(nèi)，隨著波折角度的增大，波形鋼腹板的豎向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率均有所下降，下降幅度為2.88%、0.58%、0.80%和0.80%，表明在該角度范圍內(nèi),隨著波折角度的增大，反而減小了波形鋼腹板連續(xù)箱梁的剛度，尤其是豎向剛度；在36.5°～50.7°范圍內(nèi)，隨著波折角度的增大，波形鋼腹板的豎向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)基本表現(xiàn)為頻率均會(huì)再次有所上升，但不能達(dá)到波折角度30.7°時(shí)產(chǎn)生的效果，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的頻率表現(xiàn)為不斷下降.綜上所述，當(dāng)波折角度取30.7°時(shí)，波形鋼腹板箱梁的豎向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度達(dá)到最大，能一定程度提高波形鋼腹板箱梁的抗彎和抗扭能力.工程上最廣泛應(yīng)用的1600型波形鋼腹板就是采用此角度.

2.2.2 單板寬度b的影響 常莊水庫(kù)橋的波形鋼板采用單板寬度為430 mm.參考國(guó)內(nèi)外已建成的此類橋梁的波形腹板采用的單板寬度[12]，單板寬度分別采用300 mm、330 mm(1200型)、360 mm、400 mm、430 mm(1600型)和512 mm，同時(shí)保證腹板厚度t=16 mm及波折角度α=30.7°不變，依次建立上述6個(gè)比較模型，限于篇幅取1階豎彎、1階橫彎、縱向振動(dòng)以及1階扭轉(zhuǎn)這4種振型的頻率進(jìn)行分析，見(jiàn)圖3.

由圖3可以看出，隨著水平板寬b的增加，波形鋼腹板混凝土箱梁的豎向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率總體都表現(xiàn)為先增大后減小.這主要是由于保持腹板厚度t和波折角度α不變，隨著單板寬度的增大，波形鋼腹板的波折高度也開(kāi)始增大，從而使得波形鋼板面外剛度也增大，所以會(huì)出現(xiàn)波形鋼腹板箱梁的各向頻率隨著單板寬度的增大而增大的情況；然而當(dāng)板寬過(guò)大時(shí)，波形鋼板的整體受力性能減弱，反而會(huì)使梁的各向剛度降低.因此可以得出結(jié)論：在腹板厚度t和波折角度α一定的情況下，單寬度b有其最優(yōu)的選取范圍，大致為400～450 mm，工程中常用的1600型波形鋼腹板采用的單板寬度為430 mm.

2.2.3 腹板厚度t的影響 常莊水庫(kù)橋采用的波形鋼腹板厚度為16～22 mm.工程中的波形鋼腹板的最小板厚為8 mm，最大板厚為28 mm.參考已建成橋梁波形鋼腹板采用的板厚參數(shù)值，取t=8 mm、12 mm、14 mm、16 mm、22 mm、28 mm這6種工程上常用的波形鋼腹板厚度進(jìn)行研究，同時(shí)保持水平板寬b=430 mm 及波折角度α=30.7°不變，研究上述6種工況.取1階豎向彎曲、1階橫向彎曲、縱向振動(dòng)以及1階全橋扭轉(zhuǎn)這4種振型的頻率進(jìn)行分析，詳見(jiàn)圖4.

圖3 單板寬度對(duì)自振頻率影響

圖4 腹板厚度對(duì)自振頻率影響

由圖4可以看出，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的豎向振動(dòng)頻率、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)頻率均隨著腹板厚度的增加而逐漸增大，最大增長(zhǎng)幅度分別為7.10%、4.04%和27.27%，扭轉(zhuǎn)頻率增幅最大，這主要由于在單板寬度和波折角度一定的情況下，波形鋼腹板厚度的提高能一定程度上提高箱梁的剛度.但是當(dāng)其增大到一定值時(shí)箱梁的豎向、縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的影響會(huì)逐漸減?。桓拱搴穸鹊脑龃髸?huì)減小波形鋼腹板連續(xù)箱梁的橫向振動(dòng)頻率，最大減小幅度4.04%，這主要由于增加板厚會(huì)增大波形鋼腹板箱梁的質(zhì)量和橫向剛度，但質(zhì)量的增加更顯著，橫向剛度增加較小，綜合考慮這兩因素的變化，橫向頻率表現(xiàn)為下降.

2.3 橫隔板的影響

采用波形鋼腹板替代混凝土腹板，會(huì)使得波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度減小，為提高此類橋梁的抗扭能力,應(yīng)設(shè)置必要的橫隔板.在已建成的波形鋼腹板橋梁中，中橫隔間距多為8～25 m.以依托橋梁為參考，依次等間距設(shè)置0～5道橫隔板，分析HGB1～HGB6這6種工況下的自振特性.限于篇幅取1階豎彎、1階橫彎、縱向振動(dòng)以及1階扭轉(zhuǎn)這4種振型的頻率進(jìn)行分析，詳見(jiàn)表4.

表4 不同橫隔板數(shù)量下的自振頻率

由表4可以看出：當(dāng)橫隔板數(shù)量增加時(shí)，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的豎向頻率、橫向頻率以及縱向頻率均表現(xiàn)為降低，最大降低幅度分別為4.00%、3.29%和3.19%.主要是由于波形鋼腹板連續(xù)箱梁的豎向、橫向、縱向剛度主要由頂?shù)装寤炷撂峁?上述6種工況中，箱梁頂?shù)装寤炷恋囊?guī)格完全相同，因此橫隔板數(shù)量增多后，箱梁的剛度增加有限而重量增加明顯，從而導(dǎo)致自振頻率的下降；增設(shè)橫隔板能明顯提高波形鋼腹板連續(xù)箱梁的扭轉(zhuǎn)頻率，且橫隔板數(shù)量的增加會(huì)增大波形鋼腹板連續(xù)箱梁的扭轉(zhuǎn)頻率，最大增加幅度為5.76%；扭轉(zhuǎn)頻率的增長(zhǎng)速率隨著橫隔板數(shù)量的增加逐漸降低，其原因是增設(shè)橫隔板能明顯提高波形鋼腹板連續(xù)箱梁的扭轉(zhuǎn)剛度，故而增長(zhǎng)明顯，但由于橫隔板數(shù)量增多后，箱梁重量增加過(guò)大而剛度增加有限，從而導(dǎo)致自振頻率增長(zhǎng)速率的下降.

3 結(jié)論

1) 對(duì)本文選定的波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋而言，綜合考慮“應(yīng)力軟化”引起的剛度變化以及混凝土復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)引起的彈性模量變化這兩種影響因素，自振頻率會(huì)隨著體內(nèi)、體外束張拉力的增大而增大，可解釋模型試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).

2) 保持波形鋼腹板的單板寬度b和厚度t不變，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的各向振動(dòng)頻率隨波折角度α的增大均表現(xiàn)為先增大后減小，然后會(huì)出現(xiàn)小幅度增長(zhǎng)，但整體看來(lái)，在波折角度α=30.7°附近達(dá)到最大，與目前工程實(shí)際應(yīng)用的波折角基本一致.

3) 保持波形鋼腹板的厚度t和波折角α不變，波形鋼腹板混凝土箱梁的各向振動(dòng)頻率總體隨著水平板寬b的增加都表現(xiàn)為先增大后減小；在腹板厚度t和波折角度α一定的情況下，水平面板寬度b有其最優(yōu)的選取范圍，工程中常用的1600型波形鋼腹板采用的單板寬度為430 mm，與文中的結(jié)論相符.

4) 波形鋼腹板連續(xù)箱梁的豎向振動(dòng)頻率、縱向振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)頻率均隨著腹板厚度的增加而逐漸增大，說(shuō)明提高波形鋼腹板厚度能一定程度上增大箱梁的抗彎剛度和抗扭剛度，但是當(dāng)其增大到一定值時(shí)，箱梁的豎向、縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的影響會(huì)逐漸減?。桓拱搴穸鹊脑龃髮?duì)橫向剛度影響小，反而使得波形鋼腹板連續(xù)箱梁的橫向振動(dòng)頻率減小.

5) 當(dāng)橫隔板數(shù)量增加時(shí)，波形鋼腹板連續(xù)箱梁的豎向頻率、橫向頻率以及縱向頻率均表現(xiàn)為降低；增加橫隔板數(shù)量能明顯提高箱梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率，且波形鋼腹板連續(xù)箱梁的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率隨著橫隔板數(shù)量的增加表現(xiàn)為增大，但扭轉(zhuǎn)頻率的增長(zhǎng)速率隨著橫隔板數(shù)量的增加逐漸降低.

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(責(zé)任編輯：王浩毅)

Influence of Structural Parameters on the Vibration of Continuous Box Girder with Corrugated Steel Webs

LI Jie， ZHOU Yapeng， CHEN Huai

(SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001，China)

In order to analyze the influence of the structural parameters of the continuous box girder bridge with corrugated steel webs on the self-vibration, the Zhengzhou Longhai Elevated Road Changzhuang reservoir bridge was taken as example, by using ansys software,to build the fine finite element model of the 3 spans continuous bridge. The influence of the structural parameters such as prestressed, angle of the plate, width of the plate and thickness of the web, as well as diaphragm number were all analyzed.Results indicated that the prestressed tension had an stress softening impact to decrease of the total stiffness of the structure. Therefore the vibration frequency of composite box girder with corrugated steel webs was reduced. However, the concrete was in a complex stress state because of prestressed tension,and the elasticity modulus of the material was different from that of the uniaxial stress state. Through revising elastic modulus, the vibration frequency would increase along with the increase of the tensile force. And the results could be consistent with the experimental results. With the increase of the angle of the plate, the vibration frequency was shown to increase at first and then decrease, then there would be a small increase. With the increase of the width, the vibration frequency was shown to increase at first and then decrease. With the increase of the thickness, vertical vibration frequency, longitudinal vibration and torsional frequency all increased, but transverse vibration frequency decreased. The torsional vibration frequency could be obviously increased by increasing the number of diaphragm, but the growth rate of the torsional frequency gradually decreased with the increase of the number of the diaphragm.

structural parameters； composite box girder with corrugated steel webs； continuous girder； vibration frequency

2016-08-25

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目(162300410264)．

李杰(1974—)，男，陜西寶雞人，副教授，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)理論及力學(xué)行為研究，E-mail:lijie2007@zzu.edu.cn.

U442.5

A

1671-6841(2017)01-0120-07

10.13705/j.issn.1671-6841.2016288