人行桥动力特性及节段模型设计计算

1、1、节段模型设计参数初步估算主梁自重：2*（0.0283426*7.85+0.508297*2.5）=2.986 T/m横梁自重：3.4*（0.0195508*7.85+0.185889*2.5）/5=0.420 T/m二期恒载（桥面玻璃板、护栏、玻璃夹具与托架、人行道抗滑橡胶层以及其它拼接附属件）集度：0.713T/m合计：0.713+2.986+0.420=4.119T/m假定悬索桥一阶竖等效模态质量与主梁物理质量一致，那么等效质量约为：4.119T/m以实桥节段长度L=30.8m、缩尺比为1/20制作刚性节段模型，那么模型的长宽比为30.8/6=5.13，其它模型参数的取值如表1所示：表

2、1 节段模型设计参数估算值参数名称单位实桥值相似比模型值主梁长度m301:201.54主梁宽度m61:200.3主梁高度m0.601:200.03等效质量kg/m41191:20210.3依此计算，缩尺节段模型的控制质量为1.54*10.3=15.9kg。2. 全桥结构动力特性分析利用ANSYS 建立峡谷人行桥成桥模型，其中：主梁及桥梁均采用梁单元模拟，吊杆及主缆采用链杆单元模拟，桥面板及其它二期恒载仅计入结构自重且没有任何刚度贡献。对上述有限元模型进行动力特性分析，表2及图1-图11分别列出了模型前10阶振型，表2则列出了与节段模型风洞试验相关的主要振型、频率及等效质量参数。通过判断,第1阶

3、模态变形以侧弯为主,故选取了具有同样对称性的第3、8阶自振频率作为竖弯、扭转频率。表2人行桥前10阶振型序号频率(Hz)振型描述10.20267主梁一阶对称侧弯、扭转耦合振型20.210583主梁一阶反对称竖弯30.258624主梁一阶对称竖弯40.33809主梁一阶对称竖弯及主缆横向对称摆动50.38234主梁一阶反对称侧弯60.39951主梁二阶反对称竖弯70.51791主梁一阶对称竖弯80.627主梁一阶反对称侧弯、扭转耦合振型90.64048主梁三阶对称竖弯及主缆横向对称摆动100.66920主梁、主缆一阶反对称主侧弯及主梁扭转图1 人行桥有限元模型图2 人行桥第1阶振型图3 人行桥第

4、2阶振型图4 人行桥第3阶振型图5 人行桥第4阶振型图6 人行桥第5阶振型图7 人行桥第6阶振型图8 人行桥第7阶振型图9 人行桥第8阶振型图10 人行桥第9阶振型图11 人行桥第10阶振型表3张家界大峡谷人行桥节段模型设计相关模态参数序号频率(Hz)振型描述等效质量(t/m)等效质量惯性矩(t.m2/m)10.20267主梁一阶对称侧弯扭转耦合-1010.9720.210583主梁一阶反对称竖弯4.22151-30.258624主梁一阶对称竖弯4.2883-80.627主梁一阶反对称侧弯扭转耦合-144.713. 颤振试验频率比确定假定桥梁成桥状态的颤振检验风速为60m/s，结合桥梁颤振检验

5、风速的估算值，取实桥颤振试验风速范围为0108m/s，对应的模型试验风速区间初步确定为018m/s，初步确定相应的风速比为：1/mUp/Um =1/6。模型的缩尺比为1/n1/20，由弹性参数相似，得节段模型频率比为：n/m =20/6=3.33。4. 涡振试验频率比确定假设实桥涡激共振试验风速为045m/s，对应的模型试验风速区间初步确定为015m/s，即相应的风速比为Up/Um =1/3，考虑到弹性参数的相似，即节段模型频率比为：n/m=20/3=6.67。表4列出颤振、涡振模型设计参数。表4 张家界大峡谷人行桥节段模型设计参数参数名称符号单位实桥值缩尺模型值颤振涡振颤振涡振主梁长度Lm3

6、0.81/201.54主梁宽度Bm61/200.3主梁高度Hm0.61/200.03等效质量meqkg/m4.22151×1031/20210.554等效质量惯矩JmeqKg m2/m1.4471×1051/2040.904等效惯性半径rem5.8551/200.293竖弯基频fvHz0.2586243.336.670.8621.724扭转基频ftHz0.6268163.336.672.094.18扭弯频率比/2.42112.422.42竖弯阻尼比v-0.5110.50.5扭转阻尼比t-0.5110.50.5依此计算，缩尺节段模型的控制质量为1.54*10.554=16.253kg。故模型质量最好控制在10kg以内。5. 节段模型测振试验弹簧设计针对不同的试验目的，分别设计颤振、涡激共振节段模型试验弹簧，设计结果见表5。表5 节段模型试验弹簧设计表振型模型频率（Hz）模型质量（矩）（kg 或kg.m2）系统弹簧刚度（N/m）单根弹簧刚度（N/m）颤振一阶对称竖弯0.86216.253476.7759.6一阶对称扭转2.091.392240.030涡振一