橋梁動(dòng)力特性

橋梁動(dòng)力特性第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、懸索橋基頻估算1、斜拉橋基頻估算同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3、動(dòng)力特性結(jié)果比較4、主梁力學(xué)模型5、有限元?jiǎng)恿μ匦杂?jì)算第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

1.斜拉橋基頻估算

1.1豎向彎曲基頻估算公式無(wú)輔助墩：有輔助墩：

—斜拉橋主跨跨徑(m)

—豎向彎曲振動(dòng)基頻(Hz)適用條件：雙塔三跨斜拉橋第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

1.2扭轉(zhuǎn)基頻估算公式

—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按下表取用

—扭轉(zhuǎn)振動(dòng)基頻(Hz)索面主梁斷面形狀鋼橋混凝土橋平行索面開(kāi)口109半開(kāi)口1212閉口1714斜索面開(kāi)口1211半開(kāi)口1412閉口2117第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.懸索橋基頻估算

2.1反對(duì)稱(chēng)豎彎基頻估算公式fba

—反對(duì)稱(chēng)豎彎振動(dòng)基頻(Hz)L—懸索橋的主跨跨徑(m)EI—加勁梁豎彎剛度(N·m2)Hg

—恒載作用下單根主纜水平拉力(N)m—橋面系和主纜的單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/m),m=md+2mcmd—橋面系單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/m)mc—單根主纜單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/m)第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1反對(duì)稱(chēng)豎彎基頻估算公式(續(xù))主跨跨徑500m以上的懸索橋

f—主纜矢高(m) 適用條件：?jiǎn)沃骺绾?jiǎn)支加勁梁懸索橋第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.2對(duì)稱(chēng)豎彎基頻估算公式fbs

—對(duì)稱(chēng)豎彎振動(dòng)基頻(Hz)L—懸索橋的主跨跨徑(m)EI—加勁梁豎彎剛度(N·m2)Hg

—恒載作用下單根主纜水平拉力(N)m—橋面系和主纜的單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/m),m=md+2mc適用條件:單主跨簡(jiǎn)支加勁梁懸索橋第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.3反對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)基頻估算公式fta

—反對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)基頻(Hz)GJd

—加勁梁自由扭轉(zhuǎn)剛度(N·m2)EIω

—加勁梁約束扭轉(zhuǎn)剛度(N·m4)，閉口截面可忽略r—加勁梁截面慣性半徑(m)Bc

—主纜中心距(m)適用條件:單主跨簡(jiǎn)支加勁梁懸索橋第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.4對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)基頻估算公式 適用條件：?jiǎn)沃骺绾?jiǎn)支加勁梁懸索橋2.5橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比 鋼橋：0.005 鋼混結(jié)合梁橋：0.01 混凝土橋：0.02第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.5橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比(續(xù))第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.5橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比(續(xù))第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.5橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比(續(xù))第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.5橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比(續(xù))第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.動(dòng)力特性結(jié)果比較3.1斜拉橋動(dòng)力特性序號(hào)橋名跨度

(m)輔助

墩豎彎基頻(Hz)扭轉(zhuǎn)基頻(Hz)有限元估算有限元估算1上海顆珠山橋332無(wú)0.33810.33130.47640.54882海口世紀(jì)大橋340有0.27280.44120.36690.75933上海南浦大橋423有0.34310.35460.42240.43764荊沙長(zhǎng)江大橋500有0.19870.30000.27390.62615上海楊浦大橋602有0.27330.24920.33270.48916青州閩江大橋605有0.20750.24790.35710.48797南京長(zhǎng)江二橋628有0.24260.23890.32330.83808蘇通長(zhǎng)江大橋1088有0.17540.13790.21480.6367結(jié)論：豎彎基頻有一定誤差；扭轉(zhuǎn)基頻不可接受第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.2懸索橋動(dòng)力特性序號(hào)橋名跨度

(m)簡(jiǎn)支主跨豎彎基頻(Hz)扭轉(zhuǎn)基頻(Hz)有限元估算有限元估算1柳州紅光大橋380是0.19150.35912廣東虎門(mén)大橋888是0.11150.12070.36120.35733宜昌長(zhǎng)江大橋960是0.10500.35804江陰長(zhǎng)江大橋1385是0.08900.25815潤(rùn)楊長(zhǎng)江大橋1490是0.12450.22496西堠門(mén)大橋1650否0.10050.34890.23230.4671結(jié)論：豎彎和扭轉(zhuǎn)基頻誤差都很大 實(shí)際大跨度橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性應(yīng)采用有限梁?jiǎn)卧ㄓ?jì)算第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.主梁力學(xué)模型

4.1單主梁模型有限單元： 空間梁?jiǎn)卧Ｐ椭髁狠S線： 截面扭心連線主梁剛度： 拉伸剛度EA，兩個(gè)方向抗彎剛度EI 繞軸線自由扭轉(zhuǎn)剛度GJd主梁質(zhì)量： 集中(分布)質(zhì)量m和集中(分布)質(zhì)量慣矩Im主梁與索面：短剛臂或彈性梁適用條件： 自由扭轉(zhuǎn)剛度較大的閉口箱梁截面第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.2雙主梁模型有限單元： 空間梁?jiǎn)卧Ｐ椭髁狠S線： 質(zhì)量慣矩和約束扭轉(zhuǎn)剛度等效主梁剛度： 相同，約束扭轉(zhuǎn)剛度不能忽略主梁質(zhì)量： 相同主梁與索面：相同適用條件： 分離雙箱梁斷面主要缺點(diǎn)： 剛性橫梁連接的平面框架是剪切型結(jié)構(gòu)

側(cè)彎剛度等效很困難第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3三主梁模型有限單元： 空間梁?jiǎn)卧Ｐ椭髁狠S線： 質(zhì)量慣矩和抗彎剛度等效適用條件： 帶分離主肋、肋截面為開(kāi)口截面第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.3三主梁模型(續(xù))主梁軸向剛度和側(cè)彎剛度集中于中梁全部質(zhì)量和質(zhì)量慣矩分配給三根主梁主梁豎彎剛度分配使邊主梁提供合適的約束扭轉(zhuǎn)剛度

第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

5.有限元?jiǎng)恿μ匦杂?jì)算5.1有限元分類(lèi)同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力特性分析單元類(lèi)型三維單元實(shí)體單元二維單元板殼單元一維單元梁桿單元理想模式實(shí)體建模簡(jiǎn)化模式板殼建模梁板建模普通板殼等效板殼單主梁雙主梁三主梁多主梁建模方式第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

5.2有限元計(jì)算步驟(1)確定有限元計(jì)算模型

主梁軸線、橋塔軸線、拉索或主纜軸線、吊桿軸線(2)確定邊界約束條件

橋塔基礎(chǔ)支撐、橋墩基礎(chǔ)支撐、

塔梁連接方式、墩梁連接方式(3)有限單元選取

主梁、橋塔和橋墩離散為空間梁?jiǎn)卧?主纜離散為空間索單元 吊桿和拉索離散為空間桿單元 橫梁離散為剛臂或彈性梁?jiǎn)卧诙豁?yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

5.2有限元計(jì)算步驟(續(xù))(4)單元截面特性計(jì)算

梁?jiǎn)卧篍A、EIy、EIz、GJd 索單元：EA、T 桿單元：EA(5)單元質(zhì)量特性計(jì)算

密度：ρ 質(zhì)量：節(jié)點(diǎn)集中質(zhì)量M；單元分布質(zhì)量m 質(zhì)量慣矩：節(jié)點(diǎn)集中質(zhì)量慣矩IMi；單元分布質(zhì)量慣矩Im(6)有限元軟件運(yùn)算

SAP、ANSYS、MIDAS等等第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

5.3計(jì)算結(jié)果歸納(1)頻率值從小到大排列

一階、二階、…(2)主梁主要振型