[]100228412(2006022*******土2桩2结构相互作用对大跨悬索桥动力特性的影响研究王浩,李爱群,韩晓林,李枝军(东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏南京210096[摘要]本文以国内第一大跨桥梁———润扬长江公路大桥南汊悬索桥为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,其中采用质量2弹簧体系模拟了土2桩2结构的相互作用。以此为基础对润扬悬索桥的自振特性进行了分析,重点研究了土2桩2结构相互作用因素对大跨悬索桥动力特性的影响,与现场动力测试结果的良好吻合表明了有限元分析结果的可靠性。研究结果为大桥的损伤预警和状态评估奠定了研究基础。[关键词]大跨悬索桥;动力特性;土2桩2结构相互作用;动力测试;健康监测[]U448125;TU31113[文献标识码]AResearchonEffectsofSoil2pile2structureInteractiononDynamicBehaviorofLong2spanSuspensionBridgeWangHao,LiAi2qun,HanXiao2lin,LiZhi2jun(EducationMinistryKeyLaboratoryofConcreteandPrestressedConcreteStructure,SoutheastUniversity,Nan激ng210096,ChinaAbstract:RunyangSuspensionBridge,withamainspanof1490m,isthelongestbridgeinChina.Inthispaper,a32dimensionalFEmodelforthebridgeisestablishedwithfiniteelementprogramANSYSandthesoil2pile2structureinteractionissimulatedbyuseofthemass2springmodel.BasedontheFEmodel,modelanalysisiscarriedoutandtheeffectsofsoil2pile2structureinteractionondynamicbehaviorofthelong2spansuspensionbridgearespeciallystudied.Analysisresultsareprovedtobereliablebythemeasurementsofdynamictest.Theresultsprovideimportantresearchbasisfordamagealarmingandhealthmonitoringofthebridge.Keywords:long2spansuspensionbridge;dynamicbehavior;soil2pile2structureinteraction;dynamictest;healthmonitoring[收稿日期]2005210211;[修订日期]2006203227[基金项目]国家自然科学基金重大国际合作项目(50410133国家自然科学基金重点项目(50538020国家自然科学基金资助项目(50378017东南大学优秀博士学位论文基金资助(YBJJ05081引言随着大跨度桥梁设计的轻柔化以及结构形式与功能的日趋复杂化,大桥的安全运营成为关系到一个国家的交通、经济发展、军事乃至人民生命财产安全的重要问题。大型桥梁的健康监测技术也因此成为桥梁工程学科研究和发展的一个重要领域[1~3]。大跨桥梁结构的动力特性如固有频率、阻尼比、振型等,是评价结构整体性能的重要依据之一,是进行结构损伤预警、状态评估以及抗风抗震研究的基础[4~5]。大量研究表明,考虑土2桩2结构相互作用使得体系的动力特性与刚性基础上有所不同,主要表现为自振频率降低、阻尼增加、内力及位移反应改变等[6~7]。因此,对采用桩基础的结构进行动力分析时,有必要将土2桩2上部结构所组成的体系作为一个整体来研究。润扬长江公路大桥由北汊斜拉桥和南汊悬索桥组合而成。其中南汊悬索桥为主跨1490m(中国第一,世界第三单跨双铰简支钢箱梁桥,中跨矢跨比为1:9196。两边垮长为470m,边垮无吊索。主梁采用扁平流线型钢箱梁,梁高3m,全宽3817m。该桥南北锚碇均采用强大的重力式混凝土锚体,故可作固结处理。南北塔均采用群桩基础,单桩直径为<218m,嵌入岩层,每个塔柱下顺桥向布设4排桩,每排4根,共16根,按嵌岩桩设计,要求嵌入微风化岩第28卷第2期2006年4月工程抗震与加固改造EarthquakeResistantEngineeringandRetrofittingVol.28,No12Apr.2006EarthquakeResistantEngineeringandRetrofittingApril2006大于3m。因此需要研究土2桩2结构相互作用对大桥动力特性的影响。2空间有限元模型基于ANSYS平台建立了该桥的空间有限元计算模型,如图1所示。其中,加劲梁、主塔、中央扣处理成梁单元;主缆和吊索等效为空间杆单元,主缆按吊杆的吊点进行离散,其弹性模量用Ernst等效弹模公式进行计算。桥面铺装和栏杆质量采用MASS21单元进行模拟。根据设计图纸,耦合了主梁与主塔在横桥向、竖向以及绕顺桥向的转动自由度,主缆与塔顶自由度全部耦合,中央扣与主缆、加劲梁全部耦合,主缆底部固结。图1润扬大桥悬索桥有限元计算...