连续刚构桥与拱桥动力特性对比分析

王 浩

(山西省公路局长治分局，山西 长治 046000)

1 概述

桥梁结构的动力特性包括固有频率和振型,是结构动力分析、抗震分析的重要参数，是进行谐响应分析、谱分析和瞬态动力学分析的基础[1]。桥梁结构的动力分析，最常见的动力参数包括频率，振型和阻尼[2]。

连续刚构桥和拱桥是比较成熟的桥型,大量应用在高等级公路和市政工程中[3]。本文主要对比了两座类似跨径的连续刚构和拱桥在动力特性上的特点。

2 动力特性对比分析

由于在结构动力特性分析中，一般情况下结构前若干阶自振频率和振型起控制作用，因此，只需求结构的前若干阶自振频率和振型。

2.1 连续刚构桥

连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥。本文选取一座(95+125+95)m的三跨连续刚构桥，有限元模型见图1，前10阶振型见图2，前10阶模态动力特性值见表1。通过计算分析知：

1)该桥的频率比较高，说明该桥的刚度较高。

2)该桥周期较短，对结构抗震不利。

3)扭转振型直到第30阶都未出现，说明了本桥的扭转基频较高。由于本桥采用箱型截面，具有较大的抗扭刚度。

阶次周期频率振型描述11.777 70.849 1侧弯20.967 91.033 2正对称竖弯30.689 41.450 5反对称竖弯40.566 41.765 3反对称竖弯50.466 02.146 0正对称竖弯60.465 02.150 4正对称侧弯70.358 62.788 7反对称竖弯80.293 13.411 4反对称侧弯90.277 83.600 0反对称竖弯100.276 43.612 8正对称竖弯

2.2 拱桥

拱桥结构主要承受压力，故可用砖，石，混凝土等抗压性能良好的材料建造。本文选取一座跨径为280 m上承式拱桥，有限元模型见图3，前10阶模态振型如图4所示，表2给出了该拱桥前10阶模态的动力特性。通过计算分析可知：

1)该桥的一阶频率，即基频0.194 4 Hz，与同等跨径的拱桥相比，基本频率较低，说明拱桥结构刚度较小，结构比较柔软，对抗震吸收能量有利。

2)低阶振型为竖弯模态，说明大桥竖向刚度较小,尤其桥面刚度更宜加强。

3)该拱桥周期相对梁桥周期较大，相对来说对抗震有利。

表2 拱桥前10阶模态的动力特性

3 结语

本文计算分析了一座连续刚构桥和一座拱桥的动力特性，通过分析得知，一般情况下，拱桥基频要低于连续刚构桥，拱桥振动周期较大，对结构抗震有利。在振型的对比中发现，连续刚构桥扭转振型直到第30阶都未出现，说明了本桥的扭转基频较高，因此在地震的作用下，主梁一般不会出现弯扭失稳现象。而拱桥在前几阶就出现了扭转弯曲，这说明在弯扭失稳方面，混凝土刚构桥性能更好。