波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋自振特性研究.pdf

1、波形鋼腹板PC組合箱梁橋是以波折的鋼腹板替代普通混凝土腹板形成的新型組合橋梁結(jié)構(gòu)，其靜力和動(dòng)力力學(xué)行為與普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)相比有著較大差異。本文以鄭州市隴海路快速通道工程主線高架常莊干渠段—波形鋼腹板PC連續(xù)體系梁橋?yàn)橐劳?，采用解析方法和有限元?shù)值方法，對波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋的自振特性進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）依托鄭州市隴海路快速通道工程主線高架常莊水庫橋，取其3跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，采用ANSYS有限元軟

2、件建立組合有限元模型，模型建立過程中充分考慮構(gòu)造細(xì)節(jié)的處理，精確模擬箱梁倒角、波折的鋼腹板、預(yù)應(yīng)力鋼束等，以此作為后續(xù)自振特性的計(jì)算模型。
　?。?）為了對比，按照等效箱梁截面抗彎剛度的方法并依據(jù)《公路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)指南》分別建立與波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁對應(yīng)的兩種普通混凝土連續(xù)箱梁模型，并進(jìn)行模態(tài)分析，明確了兩者自振特性的差異。結(jié)果表明：波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁相較普通混凝土連續(xù)箱梁的自振頻率會(huì)有少許增加，質(zhì)量減?。挥捎诓ㄐ武?/p>

3、腹板箱梁截面的框架效應(yīng)減弱，會(huì)減小箱梁的抗扭剛度；隨著混凝土腹板厚度的增大，混凝土腹板箱梁的高階振型模態(tài)順序會(huì)發(fā)生變化，扭轉(zhuǎn)振型會(huì)延后出現(xiàn)，說明波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度較小，需采取措施加以補(bǔ)強(qiáng)。
　　（3）在考慮波形鋼腹板剪切變形的基礎(chǔ)上，計(jì)入體外束影響，推導(dǎo)了波形鋼腹板簡支梁和波形鋼腹板單跨梁（一段簡支，一端固結(jié)）兩種邊界約束下的自振頻率理論公式并與有限元結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，探討體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力對波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋自振頻率的影響

4、。結(jié)果表明：施加體外預(yù)應(yīng)力后，解析公式中自振頻率減小，這主要是由于“應(yīng)力軟化”會(huì)使得幾何剛度矩陣變化，引起結(jié)構(gòu)剛度的降低，與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)是一致的；當(dāng)計(jì)入預(yù)應(yīng)力引起彈性模量增量時(shí)，體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力的施加會(huì)使波形鋼腹板連續(xù)箱梁的自振頻率增大，與試驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢相吻合。
　　（4）考慮預(yù)應(yīng)力大?。w內(nèi)、體外），波形鋼腹板的波折形式（波折角度、單板寬度、腹板厚度）以及中橫隔板的數(shù)量，建立相應(yīng)的有限元模型，分析上述參數(shù)變化對波形鋼腹板連續(xù)箱梁

5、橋自振特性的影響。結(jié)果表明：施加預(yù)應(yīng)力后，綜合考慮“應(yīng)力軟化”引起的剛度變化以及混凝土復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)引起的彈性模量變化這兩種影響因素，體內(nèi)或體外預(yù)應(yīng)力的增大均會(huì)使橋梁的自振頻率隨之增大；波形鋼腹板的波折角度大小為30°左右時(shí)，箱梁各階頻率達(dá)到最大；隨著單板寬度增大，各階頻率均大致表現(xiàn)為先增大后減小，單板寬度b的取值有其最優(yōu)范圍；增大波形鋼腹板厚度能一定程度上增大箱梁的抗彎剛度和抗扭剛度但會(huì)減小梁的橫向頻率，當(dāng)其增大到一定值時(shí)，箱梁的豎向、