人行橋動(dòng)力特性及節(jié)段模型設(shè)計(jì)計(jì)算

1、1、節(jié)段模型設(shè)計(jì)參數(shù)初步估算主梁自重：2*（0.0283426*7.85+0.508297*2.5）=2.986 T/m橫梁自重：3.4*（0.0195508*7.85+0.185889*2.5）/5=0.420 T/m二期恒載（橋面玻璃板、護(hù)欄、玻璃夾具與托架、人行道抗滑橡膠層以及其它拼接附屬件）集度：0.713T/m合計(jì)：0.713+2.986+0.420=4.119T/m假定懸索橋一階豎等效模態(tài)質(zhì)量與主梁物理質(zhì)量一致，那么等效質(zhì)量約為：4.119T/m以實(shí)橋節(jié)段長度L=30.8m、縮尺比為1/20制作剛性節(jié)段模型，那么模型的長寬比為30.8/6=5.13，其它模型參數(shù)的取值如表1所示：表

2、1 節(jié)段模型設(shè)計(jì)參數(shù)估算值參數(shù)名稱單位實(shí)橋值相似比模型值主梁長度m301:201.54主梁寬度m61:200.3主梁高度m0.601:200.03等效質(zhì)量kg/m41191:20210.3依此計(jì)算，縮尺節(jié)段模型的控制質(zhì)量為1.54*10.3=15.9kg。2. 全橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析利用ANSYS 建立峽谷人行橋成橋模型，其中：主梁及橋梁均采用梁單元模擬，吊桿及主纜采用鏈桿單元模擬，橋面板及其它二期恒載僅計(jì)入結(jié)構(gòu)自重且沒有任何剛度貢獻(xiàn)。對(duì)上述有限元模型進(jìn)行動(dòng)力特性分析，表2及圖1-圖11分別列出了模型前10階振型，表2則列出了與節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)相關(guān)的主要振型、頻率及等效質(zhì)量參數(shù)。通過判斷,第1階

3、模態(tài)變形以側(cè)彎為主,故選取了具有同樣對(duì)稱性的第3、8階自振頻率作為豎彎、扭轉(zhuǎn)頻率。表2 人行橋前10階振型序號(hào)頻率(Hz)振型描述10.20267主梁一階對(duì)稱側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)耦合振型20.210583主梁一階反對(duì)稱豎彎30.258624主梁一階對(duì)稱豎彎40.33809主梁一階對(duì)稱豎彎及主纜橫向?qū)ΨQ擺動(dòng)50.38234主梁一階反對(duì)稱側(cè)彎60.39951主梁二階反對(duì)稱豎彎70.51791主梁一階對(duì)稱豎彎80.627主梁一階反對(duì)稱側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)耦合振型90.64048主梁三階對(duì)稱豎彎及主纜橫向?qū)ΨQ擺動(dòng)100.66920主梁、主纜一階反對(duì)稱主側(cè)彎及主梁扭轉(zhuǎn)圖1 人行橋有限元模型圖2 人行橋第1階振型圖3 人行橋

4、第2階振型圖4 人行橋第3階振型圖5 人行橋第4階振型圖6 人行橋第5階振型圖7 人行橋第6階振型圖8 人行橋第7階振型圖9 人行橋第8階振型圖10 人行橋第9階振型圖11 人行橋第10階振型表3 張家界大峽谷人行橋節(jié)段模型設(shè)計(jì)相關(guān)模態(tài)參數(shù)序號(hào)頻率(Hz)振型描述等效質(zhì)量(t/m)等效質(zhì)量慣性矩(t.m2/m)10.20267主梁一階對(duì)稱側(cè)彎扭轉(zhuǎn)耦合-1010.9720.210583主梁一階反對(duì)稱豎彎4.22151-30.258624主梁一階對(duì)稱豎彎4.2883-80.627主梁一階反對(duì)稱側(cè)彎扭轉(zhuǎn)耦合-144.713. 顫振試驗(yàn)頻率比確定假定橋梁成橋狀態(tài)的顫振檢驗(yàn)風(fēng)速為60m/s，結(jié)合橋梁顫振

5、檢驗(yàn)風(fēng)速的估算值，取實(shí)橋顫振試驗(yàn)風(fēng)速范圍為0108m/s，對(duì)應(yīng)的模型試驗(yàn)風(fēng)速區(qū)間初步確定為018m/s，初步確定相應(yīng)的風(fēng)速比為：1/mUp/Um =1/6。模型的縮尺比為1/n1/20，由彈性參數(shù)相似，得節(jié)段模型頻率比為：n/m =20/6=3.33。4. 渦振試驗(yàn)頻率比確定假設(shè)實(shí)橋渦激共振試驗(yàn)風(fēng)速為045m/s，對(duì)應(yīng)的模型試驗(yàn)風(fēng)速區(qū)間初步確定為015m/s，即相應(yīng)的風(fēng)速比為Up/Um =1/3，考慮到彈性參數(shù)的相似，即節(jié)段模型頻率比為：n/m=20/3=6.67。表4列出顫振、渦振模型設(shè)計(jì)參數(shù)。表4 張家界大峽谷人行橋節(jié)段模型設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位實(shí)橋值縮尺模型值顫振渦振顫振渦振主梁長度L

6、m30.81/201.54主梁寬度Bm61/200.3主梁高度Hm0.61/200.03等效質(zhì)量meqkg/m4.22151×1031/20210.554等效質(zhì)量慣矩JmeqKg m2/m1.4471×1051/2040.904等效慣性半徑rem5.8551/200.293豎彎基頻fvHz0.2586243.336.670.8621.724扭轉(zhuǎn)基頻ftHz0.6268163.336.672.094.18扭彎頻率比/2.42112.422.42豎彎阻尼比v-0.5110.50.5扭轉(zhuǎn)阻尼比t-0.5110.50.5依此計(jì)算，縮尺節(jié)段模型的控制質(zhì)量為1.54*10.554=16.253kg。故模型質(zhì)量最好控制在10kg以內(nèi)。5. 節(jié)段模型測(cè)振試驗(yàn)彈簧設(shè)計(jì)針對(duì)不同的試驗(yàn)?zāi)康?，分別設(shè)計(jì)顫振、渦激共振節(jié)段模型試驗(yàn)彈簧，設(shè)計(jì)結(jié)果見表5。表5 節(jié)段模型試驗(yàn)彈簧設(shè)計(jì)表振型模型頻率（Hz）模型質(zhì)量（矩）（kg 或kg.m2）系統(tǒng)彈簧剛度（N/m）單根彈簧剛度（N/m）顫振一階對(duì)稱豎彎0.86216.253476.7759.6一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)2.091.392240.030 渦振一階對(duì)稱豎彎1.72416.2531907.08238.39一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)4.1