钢管混凝土拱桥模型的设计和损伤静动力分析

• 作 者: 王素娟
• 出 处: 汕头大学
• 发表日期: 2007年01期
• 关键词: 钢管混凝土拱桥 模型 模态分析 损伤识别 曲率模态

近十几年来，钢管混凝土拱桥以受力合理、施工简便和造型美观等优点在我国得到了广泛的应用和迅速发展。但是，随着桥梁的运营，许多桥梁发生了不同程度的损伤，有的桥梁甚至坍塌。因此，急需发展有效合理的科学方法，以保障该种结构的安全运行，防止断裂坍塌等灾难事故的发生。本文首先以汕头光华桥为原型。该桥为钢管混凝土下承式系杆拱桥，依据模型相似原理，利用大型通用有限元分析软件ANSYS，建立了该桥和模型桥的平面有限元模型进行了静力分析和瞬态分析，设计并建造了该桥的模型。然后，建立了光华桥和模型桥的三维空间有限元模型，进行了模态分析，得出了结构的前十阶频率和振型，并进行了分析和比较。吊杆损伤是钢管混凝土中承式和下承式拱桥常见损伤，也是比较严重的损伤。因此，本文研究了吊杆不同损伤情况下，对结构静力和动力特性产生的影响。分析结果表明：当吊杆损伤时，吊杆自身轴力减小，同平面内与其左右相邻的两根吊杆的静拉力显著增大，而其余的吊杆拉力变化很小；吊杆损伤引起的固有频率和振型变化较小，其中第三阶竖弯模态频率和振型变化最大。纵梁模态曲率对吊杆损伤比较敏感，特别是二阶竖弯模态曲率差能很好地识别吊杆的损伤位置。最后提出了一种静动力综合分析法来进行吊杆损伤位置的识别，该方法综合运用频率变化、纵梁模态曲率差和吊杆轴力变化识别损伤吊杆的位置。最后进行了模型桥梁的成桥检测试验，包括静载、动载和动力试验。静载试验表明，桥梁的整体刚度较大，整体性好，实测应力小于设计值，表明混凝土梁和拱肋强度符合设计要求。动力试验实测频率与理论值相差较大，需要进行进一步试验和对有限元模型进行修正。