论文部分内容阅读
钢管混凝土悬带拱桥是一种新型组合结构桥梁,由钢管混凝土拱和悬带结构组合而成,能有效地解决传统悬带桥悬索的锚固位置与拱的水平推力问题,且结构轻巧美观,在景观人行桥设计中极具竞争力。本文以福州大学景观大道钢管混凝土悬带拱人行桥为工程背景,对钢管混凝土悬带拱桥的基本动力特性、行人激励下和地震作用下桥梁动力响应进行分析,为其推广应用提供技术支撑。进行的主要工作和得到的主要结论为:(1)进行了桥梁基本动力特性的实桥测试,采用桥梁专业软件MIDAS/Civil进行了有限元计算,结果表明:钢管混凝土悬带拱桥面外一阶振型为对称,频率为2.25Hz(试验)/2.06Hz(有限元),面内一阶振型为反对称,频率为3.32Hz(试验)/3.55Hz(有限元);与实测值进行的对比表明,面内外前三阶振型相似,频率相差不超过8%,从而验证了有限元模型的正确性。通过主要影响参数的分析表明:桥梁桩基的模拟会显著减小该桥有限元模型的固有频率;拱肋矢跨比的减小会显著增大桥梁面外频率、减小桥梁面内频率;拱肋刚度的增大会增大桥梁面内外频率;主拱外倾角度的变化对桥梁基本动力特性的影响较小。(2)进行了行人激励下实桥动力响应测试,得到桥梁的面内外卓越频率和振动幅值,桥梁面内卓越频率为3.21Hz,与实测固有频率3.32Hz接近。有限元分析表明:在行人步频等于桥梁面内一阶固有频率时,桥面板和主拱肋竖向加速度响应出现了动力放大现象,横桥向加速度响应没有明显的动力放大。随步行荷载幅值A的增大,桥面板和主拱肋的竖向、横桥向加速度幅值呈线性增大。对于钢管混凝土悬带拱人行桥采用的竖向行人荷载模型,建议步行荷载幅值A与人群重量G之间的系数为1.118,此时,竖向加速度响应计算值与实测值相差不超过30%。分别采用以速度为舒适性评价指标的小堀·梶川提出的方法和以加速度为舒适性指标的EN1990规范,对桥梁拱肋、桥面板的竖向行人舒适性进行了分析与评价,结果表明该桥舒适性满足要求。(3)采用反应谱方法进行了地震作用下钢管混凝土悬带拱桥的动力响应分析。结果表明:单向地震作用下,横桥向地震作用下桥梁动力响应远大于纵桥向地震作用;纵桥向和横桥向同时加震时桥梁内力和位移增幅不超过4%;竖向地震对桥梁内力和位移的影响幅度不超过5%,因此该桥抗震分析中可以不考虑横、纵双向加震和竖向地震的影响。通过地震作用下桥梁动力响应分析表明,在最不利组合地震动作用下,该桥仍处于弹性工作状态,满足抗震要求。