人行斜拉橋結(jié)構(gòu)有限元分析

俞弘志 姜秀娟 武俊彥

1 工程概況

本工程為邊跨較小的不等跨雙索面人行斜拉橋，雙層全封閉橋面，豎向受力體系為不設(shè)斜桿的框架結(jié)構(gòu)，塔梁固結(jié)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。該橋總長240 m，為有頂蓋的雙層承重結(jié)構(gòu)，上、下層人行道寬度 16.5 m。

人行通道橋均為單方向通行，如圖1所示。

2 計(jì)算模型及參數(shù)

2.1 計(jì)算模型

采用ANSYS有限元程序建模，主梁采用魚骨刺模型，用剛性橫梁及立柱連成整體框架;利用質(zhì)量點(diǎn)模擬主梁及橋面鋪裝質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;拉索錨固點(diǎn)按實(shí)際位置建立，錨固點(diǎn)與主梁、主塔節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)耦合模擬;主塔與主梁節(jié)點(diǎn)通過耦合實(shí)現(xiàn)塔梁剛接;主塔底為固結(jié)、主梁支撐節(jié)點(diǎn)為豎向支撐且約束橫向扭轉(zhuǎn)。主梁模擬:Beam44;主塔、剛性橫梁、立柱、頂層連桿模擬:Beam188;拉索模擬:Link10;質(zhì)量分布:Mass21。

全橋模型見圖2。

2.2 索力測值

本次斜拉索索力測試采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法，環(huán)境激勵(lì)主要來自橋上過往行人和環(huán)境風(fēng)力。測試時(shí)，用專用的夾具將加速度計(jì)固定在拉索上，以測定索的橫向振動(dòng)。加速度計(jì)將拉索的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大后送至動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行采樣并儲(chǔ)存。最后根據(jù)采集的振動(dòng)頻率推算索力。實(shí)測索力值如表1所示。

表1 實(shí)測索力值 kN

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 靜力計(jì)算結(jié)果

成橋狀態(tài)下，主梁主跨最大撓度為12.34 cm，邊跨最大撓度為2.47 cm;本次實(shí)測索力對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果，主梁主跨最大撓度為9.27 cm，邊跨最大撓度為1.72 cm，主梁變位見圖3。成橋狀態(tài)下，主塔最大偏位為－4.17 cm，本次索力對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果－3.75 cm，見圖4。

由計(jì)算結(jié)果及圖3，圖4可知，主梁主跨累計(jì)下?lián)?.07 cm，為主跨跨徑的1/4 350;邊跨累計(jì)下?lián)?.75 cm，為邊跨跨徑的1/9 600;橋塔累計(jì)偏位0.42 cm，為橋塔高度的1/21 400。從成橋到本次測試，主梁及橋塔下?lián)现稻容^微量;通過快速測試索力的方法結(jié)合有限元計(jì)算可以得到橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)狀態(tài)。

3.2 動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

本次計(jì)算給出橋梁前10階振型，橋梁自振特性見表2。

由表2可知，索力與實(shí)測索力對(duì)應(yīng)的振型與頻率完全一致，所以動(dòng)力特性與索力無關(guān)。列舉幾種典型振型，如圖5所示。

表2 結(jié)構(gòu)自振特性結(jié)果表

4 結(jié)語

1)實(shí)測索力比成橋索力小，在各種荷載綜合作用下，拉索應(yīng)力松弛。

2)從成橋到本次測試，主梁及橋塔下?lián)现稻容^小;通過快速測試索力的方法結(jié)合有限元計(jì)算，可以得到橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)狀態(tài);避免通過封閉交通的方式測量主橋線形。

3)動(dòng)力特性與拉索索力無關(guān)。

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