基于有限元动力特性分析的开口截面主梁模式研究

黄森华(广东省交通规划设计研究院股份有限公司)

基于有限元动力特性分析的开口截面主梁模式研究

黄森华
(广东省交通规划设计研究院股份有限公司)

本文以一座独塔双索面开口断面斜拉桥为例，探讨了三种主梁简化模型用于计算开口断面的动力特性差别。结果表明，在此类桥梁计算时，单主梁模型会低估抗扭刚度，而三主梁模型和壳单元模型结果相近，桥梁抗风分析时不宜采用单主梁模型。

桥梁工程；动力特性；抗风分析；三主梁模型；开口截面

1 引言

桥梁结构设计中采用开口截面或分离边箱半开口截面的双索面斜拉桥主梁，其自由扭转刚度小，约束扭转刚度不应忽略[1]。

本文以一座独塔双索面斜拉桥为例，针对开口叠合主梁截面，对主梁截面分别采用单脊梁模拟、主梁为壳单元模拟和三主梁模拟，将三种不同的模拟方式的动力特性计算结果进行比较，以探讨对于此类主梁合理简化计算模型。

2 基本计算理论

由结构自由振动方程可得：

（K-ω2M）φ=0

上式即是结构动力问题的广义特征值问题。本文采用Lanczos方法求解特征值问题。

3 有限元模型

斜拉桥的动力特性分析中，常以单梁、双梁和三梁的鱼骨式来模拟主梁[2]。

模型1：单梁式模型（单脊梁模型）。

将主梁桥面系的竖向、横向挠曲刚度、扭转刚度和平动、转动质量都集中在中间节点上，节点和斜拉索之间采用刚臂或主从关系，如图4（a）。

模型2：主梁为壳单元模型。

将混凝土桥面板采用壳单元进行模拟，钢主梁及钢横梁采用梁单元模拟，其间为主从关系进行连接，这种模型严格按照实际的质量和刚度分布来模拟[3]。……