钢管混凝土拱连续梁桥的动力特性探析

贺玉娥

(贵州省铜仁公路勘察设计院)

钢管混凝土拱连续梁桥的动力特性探析

贺玉娥

(贵州省铜仁公路勘察设计院)

主要是结合实际的例子并通过三维有限元模型的建立来对其动力特性展开了说明和分析，并在此基础之上对结构参数对桥梁动力特性的影响展开了分析和探讨，并合理指导该类型桥梁结构的设计，这样一种设计和说明都是具有实际的意义。

钢管混凝土连续梁桥;动力特性;有限元

1 背景简介

在现代的桥梁建设环境下，因其固有的特质和需要，使得桥梁建设的跨度始终不断增大，还具有轻薄化的趋势，在这样一个过程当中，人们逐渐开始关注大跨度钢管混凝土拱连续梁桥的抗震、抗风以及车辆载荷冲击振动等一系列的动力问题，这主要是因为这样一系列的动力特性问题对于整个桥梁安全性能以及使用性能都有着较大的影响。在实际的工程条件下，桥梁的动力性能主要是取决于桥跨结构的组成体系以及各个构件的实际刚度，除此之外，桥梁本身的质量分布以及支撑条件也会对其产生一定的影响，正是因为这样，我们才需要切实的对钢管混凝土拱桥进行必要的参数分析，以此来最大程度的认识和了解各种参数对于不同桥型动力性能的实际影响，以此来较好的指导该类型桥梁结构的设计。

2 有限元模型及荷载简介

桥梁的自振特性是由其结构的组成体系、刚度、质量分布以及约束条件等一系列的因素所共同决定的，正是因为这样，我们在进行其结构计算模型的构建和模拟时就需要切实的注意其刚度、质量以及边界条件的模拟，实际上，也正是这样三种因素的共同作用直接性的决定了结构的特性，下文中将结合具体的内容来对这样三种因素模拟的要点展开说明和分析。结构的刚度模拟主要就是模拟其杆件的轴向刚度、弯曲刚度、剪切刚度以及扭转刚度，有的时候甚至还需要模拟其翘曲刚度或者是杆件之间的连接刚度;而结构的质量模拟则更多强调的是杆件平动质量以及转动质量的模拟;边界模拟则是强调其与支撑条件之间的相符程度以及协调性。

钢管混凝土拱桥本身的结构形式较为复杂，因此在本文中就将建立起一种有限元桥梁模式，通过对拱肋、主箱梁、桥墩以及横撑等采用空间梁单元建模。通过动力学势能的驻值原理来建立起桥梁刚度、质量以及阻尼的矩阵从而得到我们所需要的动力平衡方程。下文中将进行进一步的分析、说明和介绍。

3 动力特性分析

在对桥梁结构的刚度以及质量进行分析时，自振频率实际上是一个非常重要的指标，这主要是因为自振频率是桥梁结构进行动力分析的必要基础之一。主振型主要决定的是结构动力相应状态发生的状况，在实际进行模拟操作的时候，可以根据已经建立起来的计算机模型并利用子空间迭代法来对桥梁前阶段中的自振频率以及振型进行分析，并在此过程中进行振型特征的说明和分析。一般来说，桥跨结构面外的横向振动影响要远远大于面内竖向振动影响，这也正是钢管混凝土拱桥结构的共性所在。

4 桥梁动力特性影响因素分析

4.1 横撑布置对桥梁动力特性的影响分析

在不改变横撑截面尺寸以及材料特性的情况下我们可以考虑以下几种模型：一是直接采用全桥设置横撑的方案;二是采用去掉所有横撑做成敞口拱的形式;三是去掉脚处横撑保留其他全部横撑的方案;四是保留脚处横撑去掉其他全部横撑的方案。在实际的工程环境下，横撑的设置对于全桥的动力特性影响还是非常之大的，横撑的加设能够极大程度的提高整个桥梁的外刚度;除此之外，横撑设置的位置同样是对桥梁的横向刚度有较大影响，因此其在工程环境下的设置就需要根据实际需求来进行。

4.2 主拱肋对桥梁动力特性的影响分析

在对主拱肋对桥梁动力特性的影响进行分析时首先要保证其管材材料的性质不发生改变，在此基础之上还需要保证其钢管的含钢率在应用的过程当中不发生改变，在这样一种状况下来探讨其方案。随着肋拱截面面积的增大，桥梁的自振频率也会相应的增大，且其增大的程度还比较大，这就说明，在工程环境下是可以通过拱肋截面面积的增大来提高全桥的自振频率的。

4.3 约束条件对桥梁动力特性的影响

在桥梁动力特性的模型当中，其约束条件主要是：保持两拱肋始终处于固结的状态，而两边墩则采用铰接的形式来对其横向以及竖向的位移予以约束，中墩则采用单排的支座来约束其横向以及竖向的位移。在这样一种明确的约束条件控制作用下来对以下几种具体的情况进行说明和分析。一种就是原模型的约束边墩方式不变，而两中墩采用双排支座;另一种就是在原模型约束的基础上来约束两中墩的纵向线位移。经过实际的计算结果分析和对比发现，模型一说明双排支座可以明显提高整个桥梁的刚度，模型二的状况对于桥梁竖向刚度的提升也有较大的作用和贡献。

5 结论和建议

通过一系列的对钢管混凝土连续梁桥的动力特性分析提出了一下几个方面的结论和建议：一是钢管混凝土拱连续梁拱桥跨截面外的横向振动要明显的强于截面内的竖向振动影响，除此之外，就是桥梁本身横向刚度的问题也是非常之突出的，应当在实际的工程环境下得到足够的关注和重视;二是在进行变化设计参数的设计时发现，横撑的数目以及位置对于钢管混凝土拱连续桥梁的自振特性影响比较大，尤其是在其跨中的时候就更加的明显，正是因为这样，我们可以通过横撑数目的适当增加来实现结构面外刚度的提升。主拱肋刚度的变化对于整体刚度的影响也比较大。最后一点就是从动力性能的角度上来分析的话，对于钢管混凝土拱连续梁桥来说双排支座也优于单排的支座。

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1008-3383(2012)11-0072-01

2012-06-11