多跨連續梁橋動力特性分析范文

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《山東交通科技》2014年第二期

1模態分析及改善方法

1.1模態分析通過Sap2000有限元軟件的有限元分析方法將整體結構進行離散后，利用單元的質量矩陣、剛度矩陣以及阻尼矩陣構建出整體結構的總體質量矩陣［M］、總體剛度矩陣［K］以及總體阻尼矩陣［C］，可以得到完整結構的動力平衡方程:式(5)稱為整體結構體系的頻率方程。把一個具有N個自由度體系的行列式展開，能夠得出關于一個頻率參數ω2的N次代數方程，算出這個N次代數方程的所有根(ω1、ω2……ωn)，那么則說明該橋梁整體結構可能存在的N個振型的頻率。把由頻率方程求出的N個頻率按從小到大的順序排列則構成體系的頻譜，頻譜中最小的頻率稱為整體結構體系的基頻，而與基頻相對應的振型即為機構體系的第一振型，以此類推，第二低的頻率所對應的振型即為第二振型，等等。由于穩定的結構體系所有的質量矩陣和剛度矩陣均為實對稱正定矩陣，所以，由頻率方程計算所得的所有根均為正的實根。

在本試驗模型中，各坐標定義:X方向為縱橋向，Y方向為橫橋向，Z方向為豎橋向。表1顯示了模態分析結果。圖2為各階模態規律分析。圖3顯示了結構的前8階模態。由圖2和圖3可知，對于橋墩較高的等跨連續梁橋，其1階模態為整體橫彎，本計算中，其一階模態的橫橋向累計質量參與系數達到0.729，頻率為1.503Hz，對于多跨高墩連續梁，其一階模態表現為橫橋向振動。2階模態和3階模態表現為橋墩局部縱向振動，該模態的結構整體縱橋向累計質量參與系數很小。在工程計算中，該模態無實際意義。4階模態為主梁豎彎，頻率為3.119Hz，但其豎向累計質量參與系數較小。該結構體系的前5階模態主要表現為橫向與縱向的振動，豎向振動為輔。第5階模態為橋墩局部縱彎，頻率為3.577Hz。第6階為主梁反對稱橫向彎曲。第7階至第12階模態均以主梁豎向彎曲為主，該方向上的累計質量參與系數逐漸增大到0.9以上。

綜合表1可知，對于多跨連續梁橋，其質量累計參與系數并不是由基頻或前幾階頻率控制，因此，當采用反應譜法對多跨連續梁進行計算時，需采用較多的模態進行計算。根據我國《公路橋涵設計通用規范》相關條文，結構的基頻較小，其在地震中所受到的影響較大。因此，對該型橋梁進行合理的抗震設計非常必要。

1.2改善措施根據分析可知多跨連續梁橋1階模態為橫向彎曲，橫橋向的剛度的均勻性是對該橋型的抗震能力有較大的影響。研究表明在連續梁橋的橫橋向，影響橋墩頂位移及橋墩底應力大小的最主要因素為轉動位移，也是影響抗震能力的關鍵因素。因此，在對連續梁橋抗震設計時或者舊橋修復時，應盡可能使整體結構的剛度分布比較均勻，使全橋的位移峰值降至最小，同時也可以使全橋的受力狀態得到改善。另外，上部結構會對起到放大地震力的作用，而這種作用跟地基土的種類密切相關。修筑在軟弱地基上橋梁，大部分的地震能量集中在長周期范圍內，而剛性的短周期結構能夠較好地避免大強度的反應，因此需要采取轉移分聯方式并增大關鍵點橫橋向剛度的辦法，使得整體剛度得到均勻分布，以達到改善結構體系的受力狀態的目的。如果橋墩在堅硬土層或者巖石地基上，那么地震能量集中在短周期范圍內，而柔性長周期體系在連續梁橋抗震設計中是最好的選擇，可以在某些橋墩上設置縱向豎縫，這樣可以通過減小某些橋墩橫向剛度的方法來改善整個結構體系的受力狀態。在本連續梁橋中可以采用分聯方式或者增強橫向聯系剛度的方法來改善整體結構體系的受力狀態，提高抗震能力。

2結語

(1)多跨等截面連續梁的1階模態為橫彎曲，其整體橫向剛度較小。(2)高橋墩連續梁橋在模態分析中橋墩可能出現局部振動，而該模態對于結構的動力分析意義不大。因此，模態分析中應有效地識別出該模態，在進一步的計算中考慮該模態對結構的影響。(3)結構的前幾階模態在既定方向上的累計質量參與系數較小，因此，當采用反應譜分析時，應采用較多的模態進行綜合計算。(4)多跨連續梁橋的基頻較大，其在地震作用下可能會受到較大的動力作用，因此，對改型橋梁進行合理的抗震設計是十分必要的。(5)橫橋向的剛度均勻性對連續梁橋的抗震能力有較大影響，可通過采用分聯方式或者增強橫向聯系剛度的方法來提高抗震能力。綜上所述，多跨連續梁1階模態為橫向彎曲，因此，在抗震設計中應首先滿足結構的橫橋向抗震性能;在采用反應譜分析多跨連續梁結構時，應采用較多的模態進行計算。

作者：靳秀紅單位：山西省交通科學研究院