PDF《波形钢腹板混凝土箱拱地震响应分析》

桥宽 24m. 主拱圈采用波形钢腹板后 ,主拱圈自重从原设计的

29 730t减小到

21 597t,全桥自重减轻 17%.而对于 拱圈刚度在不计波形板刚度贡献条件下 ,拱脚截面的纵向抗弯刚度从原桥的 1.

02 *

10 10 kN・ m

2 降低为 0.

945 *

10 10 kN・ m

2 ,减少了 8%;

横向抗弯刚度从 3.

54 *

10 10 kN・ m

2 降低为 2.

23 *

10 10 kN・ m

2 ,减少了 37%;

拱顶截 面的纵、 横向抗弯刚度分别减少了 10%和42%.拱圈截面的具体构造详见文献 [

1 ]. 文中采用混凝土腹板的钢筋混凝土箱拱简称为 混凝土箱拱 ,而笔者提出的采用波形钢腹板的钢筋混 凝土箱拱简称为 波形板箱拱 . 图1波形板箱拱计算模型 Fig .

1 Analytical model for arch bridge with corrugated steel webs 借助大型有限元结构分析通用软件 ANSYS建立混凝土箱拱和 波形板箱拱的空间有限元模型 ,见图 1.拱圈腹板和顶底板均采用 矩形平壳单元模拟 ,通过截面的等刚度原则计入劲性骨架主弦钢管 及钢筋的效应.为了简化模型并且模拟波形钢板的折叠效应 ,将波 形钢腹板等效成正交各向异性平板单元 ,顺桥向等效弹性模量 Ex 按文献 [

1 ]的公式确定.拱上立柱、 盖梁以及主梁概化为 43种不 同属性空间梁单元 ,拱顶横梁通过设置不计重量的刚臂单元与主拱 圈连接 ,桥面铺装层及人行道板等结构的重量折算入主梁中 ,没有 考虑铺装层对主梁刚度的贡献.两端拱脚采用固定边界条件 ,主梁 各跨间采用铰结 [

2 ] .

2 结构基本动力特性 混凝土箱拱和波形板箱拱的自振频率、 振型特征、 振型贡献率见表 1,主要振型图见图 2. 无论是混凝土箱拱还是波形板箱拱 ,都是面外一阶振动比面内一阶振动先出现.面外一阶对称振动的 基频分别为 0. 222Hz和0. 190Hz,振型贡献率均为 83%.面外一阶反对称侧弯的基频分别为 0. 393Hz和0. 329Hz,振型贡献率非常小.波形板箱拱的面外一阶对称或反对称侧弯基频都比混凝土箱拱小约 14%. 表1自振频率、 振型特征和振型贡献率 Table

1 Natural vibration frequencies, mode shapes and effective mass ratios 混凝土箱拱 波形板箱拱 阶数 频率 /Hz 振型贡献率 /% x y z 振型特征 阶数 频率 /Hz 振型贡献率 /% x y z 振型特征

1 0.

222 83 一阶对称侧弯

1 0.

190 83 一阶对称侧弯

2 0.

378 53 一阶反对称竖弯

2 0.

329 6 一阶反对称侧弯

3 0.

393 4 一阶反对称侧弯

4 0.

368 50 一阶反对称竖弯

7 0.

698 2 一阶对称竖弯

7 0.

678 2 一阶对称竖弯

15 1.

199 17

15 1.

126 16

17 1.

235 4

16 1.

156 6

22 1.

318 68

19 1.

244 65

23 1.

414 28

23 1.

368 33

27 1.

541 8

27 1.

524 13

32 1.

751 21

30 1.

631 19 累计贡献率 /%

98 97

91 累计贡献率 /%

99 99

95 注:x表示纵桥向 , y表示竖向 , z表示横桥向. 对于面内振型 ,混凝土箱拱与波形板箱拱的一阶竖弯振型均为拱桥特有的反对称振型 ,自振频率均为 0. 368Hz,振型贡献率为 53%和50%.一阶对称竖弯振型的基频分别为 0. 698Hz和0. 678Hz,波形板箱拱的

8 4 地震工程与工程振动第27卷 面内一阶对称竖弯基频比混凝土箱拱降低了仅 3%.这说明波形板箱拱试设计中保证了纵向刚度 ,使面内 自振频率基本保持不变. 从表 1还可以看出 ,面内一阶对称竖弯振型直到第 7阶才出现 ,且竖向振型的累计贡献率收敛较慢 ,前21阶振型的累计贡献率不超过 2%.如果要达到累积贡献率 90%以上的要求 [