边中跨比对双塔双索面混凝土斜拉桥动力特性影响分析

2018年3月

HenanScienceandTechnology

交通与建筑

边中跨比对双塔双索面混凝土斜拉桥动力

特性影响分析

郭攀

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南

郑州450052）

摘要：本文通过ANSYS有限元分析软件，建立某双塔双索面混凝土斜拉桥的空间力学计算模型，利用子空

间迭代法分析了不同跨径比时结构的自振频率及相应振型特征，得出不同跨径比对结构自振频率及振型顺序的敏感程度。该结论有利于通过模态参数修正有限元分析模型，对后期调整结构自振频率及斜拉桥的构造设计具有一定的指导意义。

关键词：双塔双索面混凝土斜拉桥；动力特性；边中跨比；频率；振型中图分类号：U448.27；U441

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2018）07-0104-02

InfluenceofSidetoMainSpanontheDynamicCharacteristicofDouble-cablePlanePrestressingForceConcreteCableStayedBridge

（HenanProvincialCommunicationsPlanning&GUODesignPan

InstituteCo.,Ltd.，ZhengzhouHenan450052）

Abstract:lonsthecable-stayedThroughbridgesthefiniteareelementsetup.analysisThenaturalprogramANSYS,hree-dimensionalfiniteelementmodelsfortwopy⁃drawssubspacebridges.theThesegeneraliterationconclusionsconclusionsmethodareonwithpropitiousthetheparametricinfluencevibrationtothemodificationsensitivityofparametermodesandfrequenciesofthebridgearecomputedusingaboutchangesofratioofsidetomainspan.Theanalysisoffinitedynamicelementcharacteristicsmodels,andofalso,twopylonsprovidecable-stayedtheconceptdesigntwopylonsandthecable-stayedconstitutionbridgedesign.somegisttoralKeywords:vibrationmodes；dynamiccharacteristics；ratioofsidetomainspan；frequencies；thenatu⁃

1

研究背景

变化规律，有利于依据模态参数修正有限元模型，对今后结构自振频率的调整及斜拉桥的概念设计及构造设计都某双塔双索面混凝土斜拉桥，主跨348m，边跨174m，具有一定的指导意义。

桥宽28m，塔高162m，主塔连接横梁长30m，塔的倒Y分叉点距桥面60m，塔底距桥面30m，塔底横桥向距离2

有限元建模

20m。全桥张拉11索［1］。

通过ANSYS有限元分析软件对斜拉桥进行空间离本文以结构动力学模态分析方法为基本理论，以

散，将结构用杆、梁、索或其他形态的单元进行模拟。主ANSYS限单元模型为研究对象，有限元分析软件作为计算工具，研究边中跨比的变化对斜拉桥以斜拉桥三维有

梁采用单主梁法的空间“鱼骨式”模型，将加劲梁的抗弯、抗扭刚度集中在一根纵向的空间杆件上，其质量通过横动力特性的影响，探讨斜拉桥频率、振型及其顺序的一般

向“鱼骨”沿空间分布。斜拉索锚固点为梁单元的自然节

收稿日期：2018-02-01

作者简介：郭攀（1985—），男，硕士，工程师，研究方向：桥梁结构设计。

第3期

边中跨比对双塔双索面混凝土斜拉桥动力特性影响分析

·105·

点。桥塔采用三维梁单元模拟，塔柱的截面变化和索锚表2

自振频率及相应振型特征表

固点为梁单元的自然节点。斜拉索采用杆单元模拟。对原模型对比模型

于边跨和辅助墩，为简化起见，用约束代替［2］。

序号频率振型特征

频率振型特征在斜拉桥设计中，除对塔、主梁、斜拉索的构造形式1主梁对称横弯20.0700.0260主梁对称横弯及尺寸的选取外，主要的总体设计参数有主梁的中边跨主梁反对称横弯

30.19150.077主梁反对称横弯跨径比、高跨比等全桥纵飘主梁对称横弯［3］

。这些参数将直接对斜拉桥的结构

40.20090.1112主梁对称横弯

50.23380.28378

0.16508

全桥纵飘性能产生影响。此外，约束形式、辅助墩的有无、斜拉索主梁反对称横弯0.10

主梁反对称横弯的刚度对结构整体刚度的影响十分显著。由于本文只是60.3939主梁对称竖弯+塔反向

侧弯0.27

主梁对称横弯对比分析斜拉桥的动力特性而并非设计，故只考虑了结70.4481主梁对称扭转+横弯0.3749主梁对称竖弯+塔反向构的主要设计参数，忽略了与计算无关的构造细节。

80.559侧弯

如表1所示，以原桥结构参数为基本模型，通过修改主梁对称扭转0.398主梁反对称横弯

边、中跨的长度得到对比模型。

109

0.6626主梁反对称竖弯0.5274

6主梁对称扭转+横弯表1

不同跨径比模型参数

11

0.7000主梁反对称横弯0.77800.550主梁对称扭转+横弯0.6343主梁对称扭转+横弯主梁反对称竖弯模型主跨/m边跨/m塔高/m跨径比高跨比索距/m12130.7991主梁反对称扭转0.86690.6970主梁反对称横弯主梁对称扭转0.79950.8741

主梁反对称扭转

原模型348174870.50.25614150.18主梁反对称横弯

0.91982

8主梁对称扭转+横弯

主梁反对称扭转0.8813主梁对称扭转+横弯对比模型

406

145

102

0.36

0.25

5/7

161.0028主梁对称竖弯+塔反向侧弯0.8829

主梁对称竖弯+塔反向

侧弯3计算结果分析

171.1238主梁对称扭转0.9380主梁反对称扭转181.2008主梁对称横弯+扭转+

根据空间结构图式，利用子空间迭代法计算出成桥塔同向侧弯0.91

塔同向侧弯（X向）

状态的自振频率及相应振型特征［4］

。表2列出了1至25191.2124塔同向侧弯（X向）1.0814主梁反对称横弯+扭转阶自振频率及相应振型特征。

201.2348塔反向侧弯（X向）1.0823主梁对称竖弯+塔反向

由表2分析可知，随着边中跨跨比的降低，结构频率21主梁反对称扭转221.3121.109侧弯

主梁对称扭转和阵型有以下特点：①结构的固有频率表现出降低的趋主梁对称扭转231.44021.28048主梁反对称扭转势，降幅达63.2%；②塔出现纵飘的频率降低，降幅达塔反向侧弯（Y向）21.3%241.4824251.48751.5350

塔同向侧弯（Y向）

41.3481.3015

4主梁对称横弯+扭转

塔同向侧弯（Y向）

频率有所提高；；③主梁出现横弯频率降低，④随着边中跨跨比的减小，但主梁出现扭转时的全桥振型仍以主梁反对称横弯+扭转1.3503塔反向向侧弯（Y向）

低阶横弯振型为主，但高阶小范围内振型顺序有变化。

参考文献：

4

结论

［1］康俊涛，胡杰，董培东，等.三塔自锚式悬索桥动力特性本文以结构动力学模态分析方法为基本理论，通过参数影响分析［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），ANSYS2017（4）：3-8.

动力特性的影响，有限元分析软件研究了边中跨比的变化对斜拉桥得到了斜拉桥频率、振型及其顺序的一［2］程晓春，钟元.某斜拉-自锚悬索组合体系桥梁力学特性分析［J］.公路交通科技（应用技术版），2017（7）：224-226.

般变化规律，对今后结构自振频率的调整及斜拉桥的概

［3］王浩，杨敏，陶天友，等.大跨度四塔悬索桥动力特性念设计及构造设计都具有一定的指导意义，对了解斜拉参数敏感性分析［J］.东南大学学报（自然科学版），2016（3）：桥的动力性能有着重要参考价值。计算结果可为该类型559-5.

桥梁的设计、施工以及使用阶段的健康检测和维护提供［4］张文明，葛耀君.三塔双主跨悬索桥动力特性精细化分技术参数和依据。

析［J］.中国公路学报，2014（2）：70-76.