斜拉—悬吊协作体系桥动力响应分析

牟瑛娜+万信号+任韦澎+何永伟

摘 要：文章以自锚式斜拉-悬吊协作体系桥为工程背景，对这一新型结构体系的动力特性进行研究，建立空间有限元计算模型进行动力分析，得出结构的基本周期和振型，在此基础上得出其动力特性的特点。

关键词：自锚式斜拉-悬吊协作体系桥；动力特性；自锚式；振型

混凝土自锚式斜拉-悬吊协作体系桥综合传统自锚式悬索桥和斜拉-悬吊协作体系桥的许多优点，同时在施工时用临时锚固措施，但成桥将主缆是锚于梁体从而不需要修建庞大的锚碇，同时解决了传统的斜拉-悬吊协作体系桥轴力不连续的问题，表现出显著的结构性能以及良好的技术经济效益。动力特性是桥梁结构刚度的一项重要指标，对于进行桥梁的抗风、抗震设计以及维护有着十分重要的意义。目前从已有的文献来看，对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的研究非常之少。目前国内第一座混凝土自锚式斜拉-悬吊协作体系桥-庄河建设大桥已建成通车，以及将要修建的金州海湾大桥，大连港跨海大桥都将采用自锚式斜拉-悬吊协作体系，这种类型协作体系的动力特性和地震反应进行研究将具有十分重要的意义。

1 工程概况

某跨海工程主桥方案采用140m+400m+140m自锚式斜拉-悬吊协作体系，钢-混凝土组合桥，边中跨比为0.35：1，单箱四室扁平流线型加劲梁，梁宽27米，高2.8米。扇形密索斜拉索布置。H型双独柱主塔，塔身截面为实体矩形，漂浮体系，群桩基础。主缆的中跨矢跨比1/6，直径54.3cm，采用85根φ54mm镀锌钢丝绳组成，钢丝标准强度为1960MPa。吊杆为121×φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，钢丝标准强度为1670MPa。模型参数中，主缆面积1.13×10-1m2，弹性模量2.00×105MPa；吊索面积2.69×10-2m2，弹性模量1.95×105MPa；混凝土加劲梁面积20.70m2，弹性模量3.45×104MPa；钢加劲梁面积1.36m2，弹性模量2.10×104MPa。

2 有限元模型的建立

采用空间有限元分析桥梁结构的地震反应，对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥来说，在建立有限元模型时，对主梁、主塔、缆索、桥墩和基础的质量、刚度及其边界条件的模拟极为重要。本模型中采用脊梁桥面系，如图1。采用空间桁架单元模拟主缆、吊杆及斜拉索。采用梁单元模拟主梁、主塔、桥墩及横系梁等，铺装仅考虑其质量，不计其刚度。在边界条件方面：主梁与边墩沿横向、竖向以及绕纵轴、竖轴四个自由度为从属关系，沿纵向及绕横轴放松运动。桥塔在主梁处设竖向支撑，侧向则被桥塔约束。

3 动力特性分析

对所建立的有限元模型进行模态分析，得到结构的基本周期和振型。表1给出了特征值计算结果。

4 结束语

文章以自锚式斜拉-悬吊协作体系桥为对象，研究其动力特性，发现主梁竖向弯曲振型在这样的协作体系桥中总是优先出现，说明稳定性问题比较突出。得出的有限元计算结果可以作为该桥抗震设计的一个依据，对于其它类似桥梁抗震设计，也可以作为一个参考。

参考文献

[1]张哲，万其柏.斜拉桥与其他桥型的协作研究[J].武汉理工大学学报，2008，32（2）：214-217.

[2]交通部公路规划设计院.JTJ 004-89.公路工程抗震设计规范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[3]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[4]王伯惠.斜拉-悬索协作体系桥[J].辽宁省高等专科学校学报，2000，9（3）.

[5]黄海新.自锚式斜拉-悬吊协作体系动力响应研究[D].大连：大连理工大学，2006.

[6]陈君.庄河建设大桥地震反应分析[D].大连：大连理工大学，2007.

[7]李国豪.工程结构抗震动力学[M].上海：上海科学技术出版社，1980.

[8]刘春城，张哲，石磊.自锚式悬索桥的纵向地震反应研究[J].武汉理工大学学报，2002，26（5）：607-610.

[9]John A.Ochsendorf.Divid P.Villington. Self-anchored suspension bridges[J]. Journal of Bridge Engineering， August 1999，Vol.4，No.3：151-155.

作者简介：牟瑛娜（1978，05-），女，汉族，山东省牟平，大连海洋大学海洋与土木工程学院，讲师，博士，主要研究方向为现代桥梁设计及振动研究。