陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 矮塔斜拉橋三種墩梁連接形式的自振特性研究

摘要：梁和墩之間的連接形式是影響斜拉橋結構受力的主要因素之一。不同的墩梁連接形式，對結構的自振特性有著不同的影響。文章通過時廣州沙灣大橋設計方案的有限元分析和研究，比較了3種墩梁連接形式對結構自振特性的影響．為矮塔斜拉橋方案設計提供理論參考。...

矮塔斜拉橋三種墩梁連接形式的自振特性研究

楊國靜，鄭凱鋒

(西南交通大學土木工程學院，四川成都  610031)

    矮塔斜拉橋是近年發展起來的一種新型體系。它是介于剛性橋型的連續梁與柔性橋型的斜拉橋之間的一種橋型，與常規斜拉橋相比，由于矮塔斜拉橋主粱剛度較大，跨徑相對較小，結構屬于中等周期或短周期的結構。因此，墩梁連接形式的變化對其自振特性的影響是否與常規斜拉橋相似，值得關注。

1.大跨單索面矮塔斜拉橋設計方案

    本文以目前正處于設計之中的廣州市東沙至新聯高速公路的沙灣大撟(以下筒稱沙灣大橋)為實側，對其進行結構體系計算分析，設計方案采用單索面，獨柱式塔，雙薄壁墩的剛構體系；跨徑為(137.5+248+13. 5)m主粱采用預應力混凝土單箱三室結構，全寬34 m，主粱高度按二次拋物線變化，跨中粱高為4 m，支點梁高8.5 m，橋面以上索塔高37.5 m，橋墩高25 m，主梁上索間距為4 m，索塔上索間距為0.8 m。

2.墩梁不同連接形式的計算模擬

    采用大型有限元軟件Mid/Civil2006建立沙灣大橋有限元計算模型二主梁、橋塔、橋墩、樁基均采用梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元模擬。主梁與拉索之間采用主從方式連接，主梁與墩之間采用剛結形式連接。全橋計算模型共788個節點，679個單元。該橋有限元模型，即設計方案規定的墩粱剛結模型。在上述模型的基礎上，通過改變主梁與橋墩之間連接的自由度．模擬形成墩梁鉸結模型和無墩鉸結模型。

    表1為各計算模型支座布置形式．表2列出了不同支座形式存右限元模型中的主從關系。

墩梁剛結模型	塔粱墩塔梁暾固結	塔墩固結	塔梁墩 固結
墩梁鉸結模型	縱向活動支座、固定支座	縱向活動支座	縱向活動支座
無墩鉸結模型	縱向活動支座、固定支座	活動支座	縱向活動支座

    注UX表示縱橋向水平位移，表示橫橋向水位移，UZ表示豎向位移，RX表示縱向軸線的轉角，Ry表縱橫橋向軸線的轉角，Rz表示繞豎向的轉角。1表示約束，0表示自自。

3.三種模型的結構動力特性計算分析

    分別對3個模型進行自振特性分析，所得的前l0階自振頻率及部分振型模態見表3及圖3-圖5：

    比較墩梁剛結模型和墩梁鉸結模型的計算結果可看出，在考慮下部結構和上部結構相互作用的情況下，結構由墩梁剛結形式變為墩粱鉸結形式時，主梁的一階頻率由0.33 Hz降低到0.24 Hz，降低了27％，其余面內振型頻率也有所降低。這主要是由于主梁沿縱橋向的約束和繞橫橋向轉動約束在很大程度上得到了釋故。但面外振型頻率基本相同，這主要是由于主粱的抗扭剛度較大，支承形式的變化對主梁繞縱橋對于軸向的轉動和橫向水平移動的影響較小。

    比較墩粱鉸結模型和無墩鉸結模型的自振模態可看出。無墩鉸結模型相對墩梁鉸結模型少了以橋墩面內振動為主的一階模態；且在同樣模態下，頻率值血相差較大，無墩鉸結模型的一階對稱豎彎頻率比墩梁鉸結模型大30％．一階反對稱豎彎頻率比墩梁鉸結模型大28％，一階同向橫彎  頻率比墩梁鉸結模型大26％。因此．充分考慮下部結構與上部結構的相互作用是必要的。

4.結論

    在保持邊墩支承條件不變的情況下，通過改變墩粱連接形式計算分析橋梁的動力特性，可以得到以下結論：墩梁連接形式的改變不僅會影響振型的頻率值，而且也會影響振型模態。墩粱連接形式由剛結變為鉸結時，對主梁面內振動影響較大，且面內振型頻率有所降低，對面外振型頻率基本無影響，在分析矮塔斜拉橋的動力特性以及抗震設計時，應該充分考慮下部結構與上部結構的相互影響。

參考文獻：

[1]王伯惠，斜拉橋結構發展和中國經驗[M]北京：人民交通出版社．2004

[2]劉世忠，歐陽永金，獨塔單索面部分斜拉橋力學性能及建設實踐[M]北京中國鐵道出版社2005

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 大跨度橋梁建設和發展現狀概述

下一篇： 淺談縣級集中供水工程建設及管理應注意的幾個問題