T形刚构桥动力特性研究

罗凌峰 余强

摘要：自振特性是反映桥梁动力特性的主要模态参数，它包括自振频率、振型反映了桥梁的刚度指标，是评价桥梁动力特性的主要依据。采用Midas程序，建立跨径为140m的T形刚构桥浙江嘉兴七星桥三维空间有限元模型，单独对其T构和挂梁展开动力特性分析，分析结果为该类型结构桥提供参考。

关键词：浙江嘉兴七星桥；T形刚构桥；动力特性；Midas

1. 浙江嘉兴七星桥概况

桥跨布置为8×13m钢筋混凝土空心板+（40+60+40）m预应力混凝土T形刚构+8×13m钢筋混凝土空心板，主桥（40+60+40）m跨为带T形挂梁的预应力混凝土T形刚构桥，挂梁长20m，T构长40m。T形悬臂梁为单箱双室箱形截面，按施工起吊能力分为9对块件，通过直线的预应力钢绞线悬拼而成，预制块件接缝间采用环氧树脂水泥浆粘结。挂梁为横向分成4片的预应力混凝土T梁，梁内设有曲线的预应力钢绞线，如图 3 所示。

图 1 七星桥全桥布置图

图 2 T构立面布置图

图 3 挂梁立面图

图 4 挂梁横断面图

2 有限元模型的建立

冲击系数由Midas/Civil建模并进行特征值分析。材料容重和弹性模量均按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）取值，原混凝土等级本应该按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）附录A所示方法换为相应的混凝土等级，即50号混凝土换为C48，30号混凝土换为C28，混凝土强度标准值、设计值和弹性模量按第3章表3.1.3、表3.1.4和表3.1.5中的数值用直线插入法求得；但由于多年间混凝土严重老化，所以在桥博建模计算中仍偏于保守地将原来的50号混凝土换为C45，将30号混凝土换为C25。预埋铁皮波纹管k、 仍按照JTJ 023-85规范取值。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.2条规定，预应力混凝土桥梁的冲击系数按以下规定计算：

3 有限元模型的计算

模态分析的常用方法有迭代法、逆迭代法、瑞利—里兹（Rayleigh-Ritz）法、子空间迭代法（subspace）法、兰索斯（lanczos）法等多种方法。子空间迭代法使用使用自空间迭代技术，内部使用广义雅可比迭代算法，此种方法使用于提取Midas模型的少数模态，用非常简单却强大的递推关系，使得多项式模拟精确解的方法效率非常高，所以使用子空间迭代法。由于浙江七星桥关于跨中全挂梁对称，故只取出一个T构与一个简支结构的挂梁进行运算即可。实践证明，结构动力特性分析中几个低阶的振型最有用，高阶振型的影响很小，所以提取全部模态并求解全部特征值是没有必要的。那么，该模型只求解前10阶频率及相应振型。

通过Midas/Civil特征值分析计算，得到周期与振型结果，提出T构的基频 =3.26Hz，挂梁的基频 =7.22Hz。根据公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.2条规定，可以得到T构冲击系数 =0.193，掛梁冲击系数 =0.349。通过Midas单独建立的T构模型及基频结果如图 5，挂梁模型及基频结果如图 6。

图 5 T构模型基频

图 6 挂梁模型基频

4 结论

在Midas全桥模型的移动荷载控制分析中，我们需要通过输入结构基频的方式以在后处理结果中计入冲击系数，在悬臂梁桥的建模计算中，最简便最准确的方式就是将T构和挂梁的结构基频计入移动荷载控制分析中，可以得出相对正确的结果。在T形刚构桥中，正确求解桥梁动力特性也具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]《桥梁工程》（第2版），重庆大学出版社

[2]《桥梁振动与稳定》，中国铁道出版社