另外: 1) 该 桥 的基 本 周 期 明显 偏 短 ( 为 3~
14 9
人行悬索桥动力特性对比
表1
结构振
模型 Ñ : 原结构 模型 Ò : 原结构+ 抗风缆 模型 Ó : 原结构+ 抗风缆+ 栏杆
型特征 振型阶数 频率PHz 振型阶数 频率PHz 提高倍数 振型阶数 频率PHz 提高倍数
Research on dynamic characteristics and wind vibration response of a pedestrian large- span and slender suspension bridge Xiong Yaoqing, He Yunming, Wu Xiaobin
一阶 正对称 1 01 160 1 1 01326 5 21039
1
侧弯 反对称 5 01 421 9 6 01519 6 11232
6
01 309 5 01 505 7
11 931 11 198
一阶 正对称 7 01 493 5 4 01495 8 11005
4
01 485 7 01 984
竖弯 反对称 3 01 351 2 2 01407 4 11160
边界与约束条件为: 主梁横桥向、竖 向自由度与主 塔横梁为变位主从关系, 另四个方向自 由; 悬索桥的主 缆通过主索鞍 固定在 主塔 顶上, 成 桥后 不允许 发生相 对位移, 主缆与主塔顶建立主从关系; 悬 索桥的主缆在
图 2 悬索桥断面及立面局部图Pmm
两端锚碇处做固定处理; 两主塔基础为嵌 岩基础, 塔身 底部按固接处理。具体模型见图 3。
提高倍数
1
01333 5
21079
5
01514 5
11283
3
01495 8
11005
2
01458 6
11305
15
01854 6
01660
29
11371 8
11192
注: 表中提高倍数均为增加抗风措施后结构的频率与原结构的频率之比。
61 2s, 而润扬桥及江阴桥的都在 20s 左右 ) , 主要是由于 该桥的跨径较 小, 同时 抗风 缆的存 在也 发挥了 一定作 用; 2) 该桥的前几阶振型均以桥面系振 动为主, 扭转振 型出现较晚( 20 阶以 后) , 这也 是该类柔 性悬索 桥的特 点之一。分析结 果 可 与文 [ 4] , [ 5] 的 分析 结 果 印证。 图 4 为模型 Ô的几个关键振型图。
( China Southwest Architectural Design and Research Institute Co. , Ltd. , Chengdu 610081, China) Abstract: Based on a steel truss flexible suspension bridge in mountainous area, which has the main span of 199m and the widespan ratio of 1P132, the dynamic characteristics and nonlinear wind vibration response of the pedestrian large- span and slender suspension bridge were analyzed by ANSYS. The results indicate that the basic period of the bridge is shorter than that of general large highway suspension bridge obviously, and the wind fortification measures can change dynamic characteristic of the suspension bridge and can increase its wind resistance performance. Considering the wind characteristics of the bridge site, the wind load history was simulated with AR model by MATLAB program. Compared the nonlinear wind vibration response with and without fortification measures under horizontal and horizontal & vertical wind load, it shows that the wind resistance performance of the bridge is qualified when it comes to safety requirement. Keywords: large- span and slender suspension bridge; dynamic characteristic; wind characteristics of the bridge site; nonlinear wind vibration; wind fortification measures
由表 1 可知, 该悬索桥的动力特性 有如下特点: 1) 采用加抗风缆、栏杆、中 央扣 等三种 抗风 措施, 能 够改 变结构振型的排列顺序; 2) 三种抗风措施 中, 加抗风缆 对结构的动力特 性影 响最大, 能够 改变结 构的 关键振 型和频率, 尤其是结构的一阶正、反对称侧 弯振动频率 增加明显, 提高了结构的抗风稳定性, 加栏 杆对结构动 力特性的影响可以忽略, 加中央扣有一定 提高, 相比加 抗风缆来说增加不多。
第 40 卷 第 9 期
建筑结构
2010 年 9 月
大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究
熊耀清, 何云明, 吴小宾
( 中国建筑西南设计研究院有限公司, 成都 610081)
[ 摘要] 以一个跨度 199m、宽跨比仅 1P132, 且地处峡谷的钢结 构柔性悬索 桥为工 程背景, 采用 ANSYS 有限 元软件 进行了大跨极窄人行悬索桥动力特性及非线性风振响应研究。结 果表明, 该类桥的 基本周期 较通常的大 型公路悬 索桥明显偏 短, 采用抗风缆的抗风措施能 够改变 结构振型 的排列 顺序和 改善结 构抗风 性能; 采用基 于线性 滤波法 的自回归( AR) 模型应用 MATLAB 模拟了考虑 桥址风 特性 的水平 及竖 向脉 动风时 程, 结果 表明满 足分 析与设 计需 求; 比较了水平及水平和竖向风工况下有 无抗风 措施时悬 索桥的 非线性 风振响 应, 结 果表明 结构抗 风性能 满足安 全要求。 [ 关键词] 大跨极窄悬索桥; 动力特性; 桥址风特性; 非线性风振; 抗风措施
2
01 420 2 11 196
一阶 正对称 23 11 292 7 31 11318 9 11020
31
11 321 8 11 022
扭转 反对称 21 11 149 9 28 11230 2 11069
26
11 196 9 11 040
模型 Ô: 原结构+ 抗风缆+ 栏杆+ 中央扣
振型阶数 频率PHz
某悬索桥地处低山丘陵地带, 山体呈 V 形走廊, 海 拔高度 650~ 700m, 桥体横跨东、西两岸, 桥面相对谷底 的垂直高度约为 100m。该 桥主要用 于连接 两岸, 桥型
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布置如图 1 所示。采 用单 跨钢结 构柔 性悬 索桥 形式, 跨度 199m, 主缆 间 距 115m, 矢跨 比 1P1312, 宽 跨比 达 1P132, 吊杆间距 310m。主缆 为悬 索桥 主要 承重 结构, 两端固定于锚碇, 两岸桥塔为主缆提供中间 支承( 在塔 顶设置主索 鞍) 。加劲 梁及桥 面系 通过吊 杆悬 挂于主 缆上, 并在主塔 处设置 支座, 提供支 承, 抗风 缆通 过抗 风拉索与桥面横梁相连, 并组成一个与铅 垂面呈 30b夹 角的平面。主缆采用 2 根 7 <38 的平行钢丝 束索, 抗拉 强度1 770MPa; 吊杆采用圆钢 <40; 抗风缆采用 2 根 <44 的 钢丝 束索, 抗拉 强度1 770MPa。桥面 系包 括加 劲梁、 桥面铺装、栏杆等, 加劲梁为梁格体系, 由 纵、横梁及风 联钢构( 即桥面水平撑) 焊接而成, 纵、横梁 分别采用工 字钢 I14, I20, 材质 为 Q345; 桥面 铺 装 为 宽 300mm、厚 80mm 松木板条, 间缝 10mm, 木板采用锚栓 与桥面纵梁 连接, 栏杆采用 <50 钢 管, 间距 115m; 桥塔为钢 筋混凝
0 引言 大跨度、窄桥面悬索 桥造 价低廉、施工 方便, 在我
国西部山区应用较多。因其上部结构刚 度较小, 对风敏 感, 且 多 建 于 风 场 复 杂 的 峡 谷、山 口 等 特 殊 地 形 山 区[ 1] , 导致结构所承受的风荷载不同于常规结构, 从而 对抗风设计提 出了更 高的 要求。而 现有 的大跨 悬索桥 的风振响 应 分析 都是 基于 大 型公 路桥 梁[ 2, 3] , 现 行桥 梁设计规 范对 于 大跨 极窄 的人 行 悬索 桥 没有 相 关规 定。为给该类悬索桥的抗风设计及施工 提供基本数据, 以某景区的人 行悬索 桥为 工程背 景, 研 究了其 结构自 身的动力特性 及桥址 处山 区风特 性, 进 行了详 细的风 荷载静力及非 线性风 振响 应分析, 并比 较了采 用加抗 风缆、栏杆、中央扣等抗风措施后悬索桥的抗风性能。 1 工程概况
作者简介: 熊耀清, 博士, 高级工程师, Email : xyq729730@ 163. com。
图 1 悬索桥布置图Pm
土框架结构; 锚碇采 用重 力式锚。桥 面系 的断面 及加 劲梁立面布置如图 2 所示。 2 有限元建模