器桥梁工程 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｙ形墩连续刚构桥动力特性分析 陈伏立 （福州市规划设计研究院，福建福州 ３５０００３） 摘要：利用ＭＩＤＡＳ有限元分析软件，建立Ｙ形墩刚构桥的三维空间计算模型，分析了此类桥梁的动力特性，其结果可 供类似桥梁设计及检测时参号。 关键词：桥梁；Ｙ形墩；连续刚构；动力特性 中图分类号：Ｕ ４４１．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７６７（２０１０）０５—００５６—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｙ－Ｓｈａｐｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｉｇｉｄ Ｆｒａｍｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｈｅｎ Ｆｕｌｉ Ｙ墩连续刚构是从Ｖ墩连续刚构演变而来的桥 采用Ｙ形墩，Ｙ墩上部壁厚１．２～１．４ｍ，下部壁厚１．６ｍ， 型，具有连续梁和斜腿刚架的受力特性，这种桥型与 墩宽７ ｍ；Ｙ墩上部采用Ｃ５５混凝土．下部采用Ｃ５０混 相同跨径的连续梁桥相比，结构轻巧美观，是城市跨 凝土。 河桥梁的较好桥型 １工程概况 福建省闽清县天行大桥Ｔ程位于闽清县城关原 电瓷厂附近．属于城市中心区。该桥桥长１ ｌ０１ＴＩ，桥面宽 度１６ １３１，桥跨组合为３０ ＩＴＩ＋５０ Ｉｎ＋３０ ｍ。上部结构为 预应力混凝土变截面连续刚构箱梁，下部结构桥墩采 用Ｙ形墩，基础采用钻孔灌注桩（见图１） 图２箱梁断面罔（ｃｍ） 该桥设计荷载为城一Ａ级，计算行车速度４０ ｋｍ／ｈ， 设计安全等级一级，设计环境类别Ｉ类，采用支架现 地面线 ／。 浇施工。 为了解该桥的动力特性，同时给同类结构的设计 积累经验和数据．笔者以该桥为对象建立了ｊ维空间 动力计算模型，分析此类桥梁的动力特性。 图１ 桥型立而图（ＣｌＴＩ） ２有限元分析模型的建立 变截面连续刚构箱梁采用单箱双室截面，总宽 采用大型桥梁专业分析软件ＭＩＤＡＳ建立Ｙ墩变 １６ ｉｎ，箱梁跨中及边跨端部梁高为１．６ ｍ 根部梁高 截面连续刚构桥的有限元计算模型。模型中，箱梁和 ２．７ １１３．Ｙ墩中心处梁高２．４ ｍ，梁高从合拢段边到悬臂 桥墩均采用＝＝维空间梁单元。其２个节点各有６个自由 根部及从Ｙ墩中心处到悬臂根部均按圆曲线变化。顶 度，即３个线位移和３个角位移。模型基本假定如下：板厚度为２５￣４５ ＣＩＩＩ，底板厚度从跨中２５ ｇｍ按圆曲线 变化到根部５Ｏ ｃｍ，腹板厚度为５０￣９０ ＣＩＴＩ，悬臂长为 ２．５０ ｎｌ，悬臂部分厚度０．１５～０．４５ １３１（见图２）。箱梁无 １）该桥为平桥，在模型中未考虑纵坡的影响。 ２）只考虑梁的圣维南扭转。 ３）为简化计算，模型中未考虑桩土效应，将各墩 横坡．桥面横坡由混凝土铺装层形成。中横梁宽度为 在相应的承台顶面直接同结，因该桥承台处于中密卵 ２．５ Ｉｎ．端横梁宽度为１．２ ｍ。主梁采用Ｃ５５混凝土。主墩 石层．且桩基均为嵌岩桩。 ５６ ．每蕊技术一Ｅ．ｒ ２０１０ Ｎｏ．５（Ｓｅｐ．）Ｖｏ１．２８ 桥梁工程器 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 由于结构的振动特性主要取决于结构材料的弹 籁 骥霾醺鼹 黼凝圈霞翳霞 醺翳 绷 醒露圜疆礴骚 鞣鞭鼹 ｌ 性模量、截面的几何特性、边界条件及质量分布情况， — ｌ ｌ／， ～ ＼ 一 ／ Ｉ 因此．必须准确地模拟构件的刚度、质量及边界。该桥 ， 有限元模型中主梁结构采用变截面的三维空间梁单 酸 鞫鳋 翳爨 齄画鑫疆圈臻强掰鼎黼礴嚣ｉ秘 — 厂 — ／一 — 元进行模拟，梁单元的刚度即为纵梁本身的刚度。但 — 、 。梁单元的质量除了自重外，还包括桥面铺装、人行道、 骥爨鳕 爨霞 鞣器穗鞠 栏杆、路灯及过桥管线等桥面系的质量，该质量作为 ｌ— 均布质量作用于梁单元上，不改变主梁单元的其他性 ｝ｌ — 、 、 ／ ～ 质。桥墩采用变截面的三维空间梁单元进行模拟。箱 裂礴 鼎黼龋麟懿曲—一～■畿ｇ黼 麟 囊离醴爨 黼 麟鬻一 梁与桥墩采用弹性主从连接，桥台设两橡胶支座与箱 『， 梁相连，仅设竖向和横向约束。全桥模型如图３所示， ｓ ｌｌｌ — 。≈ Ｖ ｆ厂＼ 共１６２个单元，１６９个节点。 图４全桥前１２阶振型图 较低，但纵桥向仍保持了一定的柔性，同时，这一振型 表明连续刚构桥的同有振动首先出现在刚度较小的 部位，另外，这一振型对结构在横向荷载作用下是有 利的。第２阶振型 现主梁横桥向转动和主墩的扭 图３空间有限元模型 转，表明因端部板式橡胶支座的约束较弱，且Ｙ墩刚 ３动力计算结果 构桥的横向约束较弱，Ｙ墩在横向荷载作用下易出现 采用子空间迭代法进行空间动力模型的特征值 扭曲情况。第３阶、第４阶振型出现主梁和主墩的面 求解。图４为该桥前１２阶振型图，表１列出了该挢前 外振动。即主梁的横桥向弯曲和主墩的侧倾。全桥的 １２阶振型的自振频率和振型特点。 最大振幅均 现在主梁梁端。反映了Ｙ墩连续刚构桥 由表１和图４可知，第１阶振型是以主墩的顺桥 在横桥向的约束较弱，在横向不平衡荷载作用下，易产 向面内振动，同时主梁面内竖向振动和顺桥向漂移耦 生侧倾变位，为了提高桥梁的侧倾稳定性，应加大主 合形成的复杂的振动形式，主梁纵漂加竖向弯曲变形， 梁梁端的横向约束刚度。第５阶、第６阶、第７阶振型 Ｙ墩同向振动，反映了主墩刚度和主梁刚度对该桥的 再次出现了主梁的面内竖弯，说明该桥高阶振型的竖 动力特性具有基本一致的影响。该桥主粱的截面惯性 向刚度大于横向刚度。该桥与采用Ｖ型墩连续刚构的 矩比主墩的截面惯性矩大出较多。表明尽管Ｙ墩高度 义乌市宗泽大桥的自振特性对比见表２。 表１全桥前１２阶自振频率和振型特点 （下转第６０页） ２０１０５第５期（９一）第２８巷席荭投求一Ｅ．ｒ ５７ 器桥梁工程 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 一致，且实测值小于理论计算值； ３）临时支撑拆除时对拱桥影响较大，因此拱桥加 ２）各片拱肋应力变化不均匀，但加固后各片拱肋 固过程中可考虑脱架施工，以使受力明确： 受力均匀性要好于加同前，说明各拱肋横向共同工作 ４）钢筋混凝土拱桥宜采用空间有限元程序进行计 性能有所提高： 算，并尽量采用实体单元进行模拟，以使计算结果更 ３）气温变化及日照会对结构应力产生较大影响： ４）上部结构卸载时的机械振动对应力产生较大 影响。 ５结论 为准确： ５）对称施工是双曲拱桥加固成功与否的关键．因 此，施工过程中一定要保证对称施工。 ０ 参考文献： 该桥加固丁程于２０１０年１月竣丁并进行了静载 桥加固过程中，通过实时监测，得出了如下结论： １）拱肋加固的过程应充分考虑截面的形成及应力 】中交第一公路勘察设计研究院有限公司．ＪＴ（；／Ｔ Ｊ２２—２００８公 试验，结果为二级桥梁，说明加固施丁是成功的。在该 ［１路桥梁加固设计规范【Ｓ】．北京：人民交通出版礼，２００８． ［２］中交第一公路勘察设计研究院有限公司．ＪＴＧ／ＴＪ２３—２００８公 路桥梁加固施工技术规范ｆＳ１．北京：人民交通出版社，２００８． 收稿日期：２００９—０６—０２ 作者简介：梁学垠（１９８３一），男，北京市人，Ｉ 程师，学士，主要从事施 工过程管理、汁量支付ｌ『：作 重分布过程： ２）经过加固，该桥各片拱肋变形协调一致，增强 了拱桥的整体刚度： ４ 结语 参考文献： 【ｌ】项贻强，胡峰强，朱卫斟．Ｖ型墩预应力连续刚构桥结构动力 分析和试验研究［Ｊ１．中国市政Ｔ程，２００３（１）：１９—２２． １）该桥振型以耦合的主梁面内竖向振动、纵向 漂移，同时Ｙ墩顺桥向面内振动为主。 ２）该桥第１阶自振频率与文献『１］的第１阶自振 频率相近，且振型有相似之处，表明Ｙ墩连续刚构 与Ｖ墩连续刚构在动力特性方面具有一定的可比 性。◆０＃ 收稿日期：２０１０—０５—０５ 作者简介：陈伏立（１９７４一），男，福建宁德人，高级工程师，国家一级注 册结构工程师，硕士，主要从事路桥设计工作。 密云县铺筑绿色环保路 近１３．密兴新路开工，全程近３０ ｋｍ路面全部采用绿色环保材料——温拌沥青混凝 土铺筑。 密兴路是密云到河北的一条主要道路。目前已经不能满足１３益增长的交通需求。 正在建设的密兴新路，比原来的密兴路宽一倍以上，达到１２．５ｍ。同时，针对密云县为 生态涵养区的情况。密兴新路建设采用了温拌技术，由市政路桥建材集团密云沥青厂 独家供应温拌沥青混凝土。这种材料能够减少施工时废气排放量，一氧化碳、二氧化碳、 一氧化硫和氧化氮分别减少排放７０％、４６％、４Ｏ％和６Ｏ％。同时，摊铺时产生的沥青烟 也减少了８０％．减少了对环境的影响。因为材料温度比一般的沥青混凝土低２０￣３０℃， 所以还可节省加热燃油２０％到３０％。２００８和２００９年，市政路桥建材集团曾为奥运工程和长安街大修等重点工程供应此种材料。 此次预计生产供应６８ ０００ｔ，如此大面积使用在密云县境内乃至全市范嗣内应属首次。（张东平贾北武） ６０ ，；荭投东一∈．ｒ ２０１０ Ｎｏ．５（Ｓｅｐ．）Ｖｏ１．２８
