人字形桥梁的动力特性分析摘要：城市高架桥工程和立交枢纽工程是解决现代城市交通问题的有效途径，人字形桥梁是城市高架桥工程和立交枢纽工程中常用的结构形式，有效地解决了桥面交通与地面交通矛盾的问题。利用有限元软件ANSYS对人字形桥梁结构进行动力特性分析，着重分析了前四阶模态。结果表明，三维框架简化计算模型具有较好的可靠性，可适用于人字形桥梁的设计计算，从而为同类桥梁提供借鉴。Abstract：Urbanviaductprojectandinterchangehubprojectaretheeffectivewaytosolvetheproblemsofmodernurbantraffic.Y-shapebridgeisthecommonstructureformintheurbanviaductprojectandinterchangehubproject,iteffectivelysolvesthecontradictionproblemsofthebridgetrafficandgroundtraffic.ThefiniteelementsoftwareANSYSisusedtocarryoutthedynamiccharacteristicsanalysisoftheY-shapebridgestructure,thefirstfourordermodalsaremainlyanalyzed.Theresultsshowthatthethree-dimensionalframeworksimplifiedcalculationmodelhasgoodreliability,itcanbeappliedtothedesignandcalculationofY-shapebridgetoprovidereferenceforsimilarbridges.关键词：人字形桥梁；计算模型；动力特性；ANSYSKeywords:Y-shapebridge；calculationmodel；dynamiccharacteristics；ANSYS分类号：U441+.3文献标识码：A:1006-4311(2016)04-0107-020引K随着经济的发展、社会的进步，城市高架桥和立交桥的形式和构造趋复杂化，建设的数量不断增多，规模也在不断地扩大。与此同时相应的车流量也相继增加，某些桥梁的超载现象比较严重，尤其一些立交枢紐桥梁车流量之大，超载次数之多，对某些立交或高架等人字形桥梁结构造成严重的振动问题［1-2］。因此，动力特性分析显得尤为重要，本文采用大型有限元软件ANSYS,从人字形桥梁结构中抽象出典型的人字形桥梁模型，讨论了前四阶模态特点，为人字形桥梁的动力设计提供参考，确保城市高架桥及城市立交枢纽工程稳定运营。1有限元模型建立1.1基本数据为了研究“人”字形薄壁箱梁桥的受力特点，为“人”字形薄壁箱梁桥的结构分析及设计提供参考依据。现为筒化计算理论以及模型设计抽象出的某桥梁主线跨度为25+30+25m,前端桥宽6.Om，后端桥宽3.Om，均用工字梁截面。匝道曲线半径R=50m，取弧度60°，桥面宽3.0m。结构中混凝土的弹性模量设为2.OelO,泊松比为0.3,密度为2500kg/ra3o为了能够简化计算步骤，这里不考虑钢筋作用，以及预应力和预拱度，截面设定为工字梁。本文对空间有限元模型进行了优化设计，不考虑桥面铺装层、桥梁护栏和桥台翼墙的作用，同时剔除了模拟桥面铺装层和桥台翼墙的弹性壳单元Shell63以及模拟桥梁护栏的三维二次有限应变梁单元Beaml89o1.2创建模型依据前文资料，预先设置四种不同的梁截面，利用软件中提供的截面，输入相应的尺寸，存储备用。之后计算各关键点的坐标，并建立关键点，将关键点连接成线，即桥梁各道的中心线以及桥墩中心线建立有限元模型。约束主要包括桥墩部的约束和桥在两端由于辅助墩而引起的约束。桥墩部按照固定端处理，桥在两端辅助墩主要限制桥面垂直方向的位移，简化处理使其为零［3］。模型如图1所示。截面形式如图2所示。2动力学分析工程实际中，很多结构经常受到随时间变化的动载荷。一般情况下，如果动荷载不起主要作用，或者相对于静荷载来说，动荷载微乎其微，那么分析的时候可以只考虑静荷载。但是有些结果则不然，它受到显著的动载荷作用，如房屋受地震的作用，船舶受到海浪的冲击，车辆驶过桥梁的振动等，都必须进行动力分析［4］。动力学问题包括两类：一类是运动状态下的机械或结构，如高速运转的机械、往复运动的内燃机、冲压机床等；另一类是承受动力载荷作用下的工程结构，如高层建筑、海洋石油平台等，上述动力学问题的正确分析和研究，对于提高结构性能和保障人民群众的生命安全具有重大意义。动力学问题的有限元法最终归结为求解一组二阶线性常微分方程。针对这一问题，我们可以采用直接积分法或振型叠加法进行求解。另外，固有频率和振型是结构固有的重要动态特性，当动载荷的主要成分接近结构的...