三县洲大桥动力特性分析new.docx
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三县洲大桥动力特性分析new
三县洲大桥动力特性分析
斜拉桥的主梁结构形式多样,建模时主梁的离散方法也有多种。
主要有
(1)以单梁、双梁或三梁的鱼骨式为主的“脊梁”模型。
即将桥面系的质量和刚度按一定的原则等效到主梁上,主梁之间则用刚性横梁连接。
这类模型能够模拟大多数桥面系结构,但各有自己的适用范围。
如单梁式模型适合于封闭的箱形断面结构;双主梁模型将主梁截面的质量和刚度平均分配在两个纵梁上,较为接近实际,但对扭转刚度不能很好模拟;与双主梁相比,三主梁模型能够有效地考虑约束扭转,但对结构的质量和刚度分布的模拟同样不够准确。
(2)板梁结合模型。
即采用空间板单元和空间梁单元相结合的方式来来模拟桥面结构,梁单元和板单元结点之间则处理为主从关系,这对于主梁是由加劲梁、桥面板和横梁所组成的斜拉桥模拟精度较好,精度较高,但对于变截面梁则难以模拟,且主从关系处理较为复杂和繁琐。
(3)采用空间板壳单元或实体模型。
实体模型最为精确,但建模复杂、结点众多,需要耗费大量机时;对于空间板壳单元模型,即将纵梁、桥面板和横梁的腹板组成结构均离散为空间板单元,其对主梁的质量和刚度模拟较“脊梁”模型准确、适应能力和建模方面又较板梁模型好、同时能够正确地考虑翘曲刚度的影响。
且耗费机时比实体模型少。
应用大型通用有限元软件ANSYS建立三县洲大桥的三维动力有限元模型。
为了得到准确的自振特性,本文采用板壳单元shell63模拟桥面板及主塔下横梁,空间梁单元beam4模拟斜拉桥主塔及各辅助墩,杆单元link10模拟斜拉索,其中弹性模量用Ernst公式进行修正;同时,针对主塔底受力复杂的情况,采用实体单元solid45模拟;桥面系的集中质量用质量单元mass21进行模拟;主塔及辅助墩底均视为固结,约束所有自由度。
三县洲大桥三维模型图如下所示。
图1三县洲大桥动力特性分析模型
根据此三维有限元动力分析模型,采用分块兰索斯法进行模态分析,并对模态进行扩展,前到前50阶自振频率,如表1、表2所示。
表1三县洲大桥前20阶动力特性
振型阶数
频率(HZ)
周期(s)
主要振型特征
1
0.45301
2.21
主跨主梁一阶竖弯
2
0.84236
1.19
主跨主梁二阶竖弯
3
0.90876
1.10
主塔及索面横向侧摆
4
0.96093
1.04
主跨主梁一阶横弯
5
1.1314
0.88
主跨主梁一阶扭转
6
1.2879
0.78
主跨主梁三阶竖弯
7
1.5565
0.64
主跨主梁三阶竖弯、边跨一阶竖弯
8
1.8979
0.53
边跨主梁三阶竖弯
9
1.9912
0.50
主跨主梁四阶竖弯
10
2.2176
0.45
主塔横向屈曲
11
2.2186
0.45
主跨主梁二阶扭转
12
2.3138
0.43
主塔纵向一阶侧弯
13
2.3973
0.42
主塔扭转
14
2.4548
0.41
边跨主梁三阶竖弯
15
2.7824
0.36
主跨主梁三阶竖弯
16
2.9313
0.34
边跨主梁四阶竖弯
17
2.9626
0.34
主跨主梁二阶扭转
18
3.0331
0.33
局部屈曲
19
3.1984
0.31
边跨主梁四阶竖弯
20
3.2994
0.30
主跨主梁三阶扭转
其中前20阶振型图分别如图2~图21所示。
图2第1阶振型
图3第2阶振型
图4第3阶振型
图5第4阶振型
图6第5阶振型
图7第6阶振型
图8第7阶振型
图9第8阶振型
图10第9阶振型
图11第10阶振型
图12第11阶振型
图13第12阶振型
图14第13阶振型
图15第14阶振型
图16第15阶振型
图17第16阶振型
图18第17阶振型
图19第18阶振型
图20第19阶振型
图21第20阶振型
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