鋼—混凝土組合簡支梁橋動力特性分析與探討

【摘 要】鋼—混凝土組合梁式鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)型式較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式而言有較大的優(yōu)勢。本文通過鋼—混凝土結(jié)合梁與普通結(jié)構(gòu)型式梁橋?qū)Ρ确治觯瑢︿摗炷两M合簡支梁動力特性方面進行相關(guān)的探討。

【關(guān)鍵詞】鋼—混凝土組合梁；動力特性

1. 鋼——混凝土組合梁簡介

1.1 鋼——混凝土組合梁是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)型式，其與木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)并列，已經(jīng)擴展成為第五大結(jié)構(gòu)，它是通過連接件把鋼筋和混凝土板連接成整體而共同工作的受彎構(gòu)件。在荷載作用下，混凝土板受壓而鋼梁受拉，充分發(fā)揮鋼材和混凝土的材料特性。該組合梁和鋼筋混凝土梁相比，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間等優(yōu)點。和鋼梁相比，可以減小用鋼量，增大穩(wěn)定性和整體性，增強結(jié)構(gòu)耐久性等優(yōu)點。結(jié)合上述優(yōu)點，近年來，鋼——混凝土組合梁在我國城市立交橋梁及建筑結(jié)構(gòu)中得到了越來越廣泛的發(fā)展，并且正朝著大跨方向發(fā)展。

1.2 組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和研究至今已有近百年的歷史。目前分析方法可以分為解析法、半解析法和有限元法。其中有限元法分為3類：（1）按空間板殼單元進行完全的三維空間分析。（2）按空間或者平面梁計算。（3）在普通梁單元基礎(chǔ)上考慮滑移，以初等梁節(jié)點的6個自由度為基礎(chǔ)，增加自由度以考慮組合梁界面滑移，按換算后的組合梁段單元計算。

2. 工程概況簡介

本論文依托于某市地鐵1號線1期項目，該項目由于地域的特殊性，在某段需要跨鐵路線（由于鐵路線附近經(jīng)常有火車行駛，固該段的震動情況較其他正常城市區(qū)間更大），固該區(qū)間設(shè)計為30米跨鋼——混凝土組合簡支梁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。該市地鐵其余區(qū)間30米跨則采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

3. 計算模型的建立

利用橋梁專用有限元計算軟件MIDAS/CIVIL，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計資料，分別對典型30米鋼——混凝土組合簡支梁和典型30米預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁進行建模分析。其中將鋼——混凝土組合簡支梁離散為138個節(jié)點和128個單元，結(jié)構(gòu)離散圖如圖3所示；將預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁離散為18個節(jié)點和15個單元，結(jié)構(gòu)離散圖如圖4所示。

4. 動力特性分析及結(jié)果

4.1 特征值分析。

自振是指彈性系作用下形成的振動。橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率不僅和結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量有關(guān)，而且還和結(jié)構(gòu)形式、材料阻尼特性、邊界條件有關(guān)。同時橋梁結(jié)構(gòu)自振特性與結(jié)構(gòu)承載能力有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，自振頻率與橋跨剛度結(jié)構(gòu)撓度檢驗系數(shù)存在一定關(guān)系。結(jié)構(gòu)剛度、邊界條件和結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系等是影響結(jié)構(gòu)承載能力的直接因素，因此，還可以通過結(jié)構(gòu)實測自振特性，從宏觀上了解一座橋梁的現(xiàn)行運營狀況和承載能力。本文通過MIDAS軟件特征值分析，典型30米鋼——混凝土組合簡支梁：2.48Hz，其中自振模態(tài)如圖5所示；典型30米預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁的一階自振頻率為：4.36Hz，其中自振模態(tài)如圖6所示。

4.2 結(jié)論。

（1）通過上訴兩典型標準梁一階頻率的計算，可以得到鋼——混凝土組合簡支梁的自振頻率較預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁的自振頻率小，固可以得出，鋼——混凝土組合簡支梁的剛度比預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁的大。同時，鋼——混凝土組合簡支梁截面尺寸更小，材料用量更為節(jié)約。在跨越鐵路線這些振動較大的的確較普通預(yù)應(yīng)力梁更有優(yōu)勢。

（2）同時，鋼——混凝土組合梁在我國的應(yīng)用實踐表明，鋼——混泥土組合結(jié)構(gòu)以其良好的受力性能和施工性能，廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)中，具有廣闊的發(fā)展前景，同事鋼——混凝土組合結(jié)構(gòu)具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益，適合我國基本建設(shè)的國情，是未來結(jié)構(gòu)體系的主要發(fā)展方向之一。

參考文獻

[1] 范立礎(chǔ) 橋梁工程 人民交通出版社 2010.

[2] 葉見曙 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 人民交通出版社 2009.

[3] 邱順冬 橋梁工程軟件midas Civil應(yīng)用工程實例 人民交通出版社 2011.

[文章編號]1619-2737（2013）11-16-626