悬索桥有限元模态分析

2017-07-19刘增光王文英

卷宗 2017年11期

刘增光+王文英

摘要：以珠江虎门大桥为例，建立悬索、加劲梁、主塔及整桥有限元模型进行模态分析，可以了解结构的固有模态参数——频率、振型等，设计时可避免结构因发生共振而破坏；同时给设计工程人员提供一定的参考价值。

关键词：虎门大桥；有限元；模态分析

有限元法以其精度可控，仿真功能强大，使用方便成为建立结构分析模型的首选。模态分析是确定结构固有的动态特性的直接方法，只有对结构模态有清楚的了解，才能使所设计的结构避免因动载荷引起的结构大幅度低频振动。以此为基础可以对悬索桥结构的合理性进行进一步的研究。

1 主缆的模态分析

对于主缆在考虑弯、扭刚度与不考虑弯、扭刚度的情况下进行模态分析，以探求主缆弯、扭刚度对其模态参数的影响程度。模态分析后，将两种情况下的振型与频率列于下表1中。由结果我们可以看出，对于单独的主缆的模态分析，弯曲刚度对模态参数的影响较小，可以不予考虑，但是随着主缆的直径增加，弯曲刚度的影响也将增大，对于整桥而言，主缆弯曲刚度的影响也会增大，应予考虑。

2 主塔的模态分析

采取实体单元直接在结构上生成有限元模型时，由于实体桥塔结构有很小的倒角，因此为避免单元的奇异性网格必须化的非常细致，单元节点大幅度增加导致计算时间的延长，因此采用空间梁单元Beam188形成的主塔有限元模型，在塔底部固定、上端自由的边界条件下，进行模态分析，所得的固有频率见表2。

3 整桥的模态分析

以虎门大桥有限元模型为分析对象，在计及整桥自重引起的预应力影响的前提下，进行模态分析，图1为整桥前四阶振型與频率。

总之，求出结构的固有频率之后，可以根据外加动载荷的频率，改善和优化结构，将其固有频率控制在合适的范围内，以避免当外加动载荷的频率与结构的某一固有频率接近时出现共振现象，导致结构的振幅过大而破坏。

参考文献

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作者简介

刘增光（1980-）男，山东烟台龙口，专科，助理工程师。现就职于山东康达精密机械有限公司。