建模方法对于斜交弯桥动力特性的影响分析

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翻新时间：2015-07-31

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建模方法对于斜交弯桥动力特性的影响分析

摘要：在城市高架桥以及互通式立交匝道桥中，普遍采用曲线箱梁桥斜交的方式，通过研究不同曲率下、不同斜交角度下，运用MIDAS/CIVIL和ABAQUS有限元分析软件分别采用梁单元、板单元、实体单元建模，对自振周期进行对比分析。结果表明：半径较小时计算结果误差较大；板单元能够很好地模拟斜交情况。

关键词：弯斜桥；动力特性；MIDAS/CIVIL

1 前言

随着交通的发展，弯梁桥的数量也越来越多，在高速公路匝道桥以及成立互通式立交匝道桥中最为常见，受限于地形地貌，很多弯桥采取了斜交的方式，由于美观、经济、抗扭刚度大等因素，其中斜交箱梁弯桥的数量最多。此类桥梁具有斜、弯、坡等特点，给桥梁的线型和构造处理带来很大困难。在工程计算中尤其是在桥梁动力荷载试验的工作中，对于斜交弯桥往往采用单根曲线梁的近似算法求解自振频率，忽略斜交带来的影响。

本文就斜交弯桥在MIDAS/CIVIL程序中以梁单元、板单元，ABAQUS中采用实体单元进行建模计算，详细介绍建模过程中应该注意的几个问题及解决方法。然后再用该模型对桥梁进行动力特性分析，对比得出不同条件下对桥梁动力特性的变化情况，分析成果将对日常的桥梁计算给出建议。该匝道桥是转角为45°的连续双箱室简支箱梁，曲线半径分别为35m和70m，横断面形状如图1所示。

2 模型的建立

对于箱型截面斜交弯桥，建模是可以选择的单元有空间梁单元、板单元，以及实体单元，梁单元与板单元的建模均在MIDAS/CIVIL中完成，实体单元的建模由ABAQUS完成。半径35m，斜交40°弯桥的MIDAS建模结果与ABAQUS建模结果如图2所示。

3 有限元模型

计算所用箱梁截面较宽，达到了9.2m，为了与实际情况相符合，在梁体两端均采用多支座约束，在MIDAS/CIVIL程序中，需改变斜交梁端截面的节点局部坐标轴，使支座垂直于梁端截面。在ABAQUS程序中，直接对截面下边缘进行约束。

计算得到半径为35m时不同单元类型的自振周期变化曲线，如图3所示。

计算得到半径为70m时的不同单元类型的自振周期变化曲线，如图4所示。

4 结论与讨论

2）通过对不同斜交角板单元模型自振周期的计算结果可以看出，随着斜交角的变大，低阶自振周期也变大，也即自振频率的减小，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）条文说明4.3.2所用公式，，当E，，不变时，频率f的减小必然是由于计算跨径l的增大导致的，故可以得出结论，当弯梁斜交时，计算跨径时增大的，并且随着斜交角的增大而增大。

3）40°斜交板单元模型与40°斜交实体单元模型的动力计算结果十分吻合，可见对于斜交曲线梁桥，完全可以用板单元模型近似模拟并解决工程实际问题。