某懸索橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32437某懸索橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析案例 18861.1.1混凝土塔方案自振特性 1326961.1.2鋼混組合塔方案自振特性 4282441.1.3自振特性的對(duì)比分析 6結(jié)構(gòu)的自振特性是結(jié)構(gòu)的固有特性，自振特性計(jì)算對(duì)于結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐與理論研究都有非常重要的意義。在對(duì)懸索橋進(jìn)行抗震計(jì)算之前必須先計(jì)算其自振特性，本文通過對(duì)不同橋塔方案懸索橋的動(dòng)力特性計(jì)算，深入了解各方案的振動(dòng)頻率、周期和振型特征，以及橋塔形式差異帶來的結(jié)構(gòu)剛度變化。橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性求解的常用方法有子空間迭代法、Lanczos迭代法和多重Ritz向量法等[61]。本文采用多重Ritz向量迭代法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的求解，共計(jì)算了結(jié)構(gòu)的前300階振型，為對(duì)比各橋塔方案自振特性的主要差異，僅列出前10階振型的周期、頻率和主要振型特征。混凝土塔方案自振特性混凝土塔方案的前10階振型、頻率及振型特征見表31所示，圖31~圖37列出了主要振型對(duì)應(yīng)的振型形狀。表31混凝土塔方案前十階振型頻率與特征振型頻率（Hz）周期（s）振型特征10.083012.0389一階縱飄20.085711.6660一階正對(duì)稱側(cè)彎30.15496.4551一階反對(duì)稱豎彎40.17525.7051一階正對(duì)稱豎彎50.20634.8470一階反對(duì)稱側(cè)彎60.26953.7104二階正對(duì)稱豎彎70.27253.6686纜索振動(dòng)80.27523.6324纜索振動(dòng)90.29543.3842纜索振動(dòng)100.29603.3775纜索振動(dòng)圖3-1桁梁一階縱飄（0.083Hz）圖3-2桁梁一階正對(duì)稱側(cè)彎（0.085Hz）圖3-3桁梁一階反對(duì)稱豎彎（0.155Hz）圖3-4桁梁一階正對(duì)稱豎彎（0.175Hz）圖3-5桁梁一階反對(duì)稱側(cè)彎（0.206Hz）圖3-6桁梁一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)（0.324Hz）圖3-7主塔一階對(duì)稱縱彎（0.500Hz）鋼混組合塔方案自振特性四種鋼混組合塔方案的前10階振型、頻率及振型特征見表32。以加勁梁振動(dòng)為主的振型組合塔方案與混凝土塔方案基本一致，故此處僅給出差異較大的其余的振型圖，見圖38~圖311。表32鋼混組合塔方案前十階振型頻率與特征振型頻率（Hz）振型特征組合塔1組合塔2組合塔3組合塔4組合塔1、2、4（3）10.07440.07520.0720.0762一階正對(duì)稱側(cè)彎20.0830.0830.0830.083一階縱飄30.15480.15480.1510.1548一階反對(duì)稱豎彎（側(cè)彎）40.15810.16140.15480.1664一階反對(duì)稱側(cè)彎（豎彎）50.17490.17470.17480.1747一階正對(duì)稱豎彎60.19730.20180.18970.2089主塔同向側(cè)彎+桁梁對(duì)稱側(cè)彎70.24970.25260.24410.2566主塔反向側(cè)彎+桁梁反對(duì)稱側(cè)彎80.26910.2690.26910.2689二階正對(duì)稱豎彎90.27250.27250.27250.2725纜索振動(dòng)100.28500.28560.28270.2863纜索振動(dòng)圖3-8主塔一階對(duì)稱側(cè)彎圖3-9主塔一階反對(duì)稱側(cè)彎+桁梁反對(duì)稱側(cè)彎圖3-10桁梁一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)圖3-11主塔同向縱彎自振特性的對(duì)比分析由上小節(jié)（3.2.1和3.2.2）不同橋塔方案結(jié)構(gòu)的自振特性能夠看出，混凝土橋塔方案和鋼混組合塔方案自振特性存在較大區(qū)別，為便于對(duì)比，將結(jié)構(gòu)相同振型的頻率和振型階次列表，詳見表33。表33不同橋塔方案結(jié)構(gòu)自振特性對(duì)比振型特征混凝土塔鋼混組合塔1鋼混組合塔2鋼混組合塔3鋼混組合塔4振型頻率振型頻率振型頻率振型頻率振型頻率一階縱飄10.083020.083020.083020.083020.0830一階正對(duì)稱側(cè)彎20.085710.074410.075210.072010.0762一階反對(duì)稱豎彎30.154940.154840.154840.154830.1548一階正對(duì)稱豎彎40.175050.174950.174850.174850.1747一階反對(duì)稱側(cè)彎50.206330.158130.161430.151040.1664二階正對(duì)稱豎彎60.269480.269180.269080.291080.2689二階反對(duì)稱豎彎150.3903150.3900170.3900170.3900170.3900一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)130.3241120.3118120.3117130.3118130.3117一階反對(duì)稱扭轉(zhuǎn)160.4115170.4088190.4093180.4066180.4097主塔同向側(cè)彎80.275360.197360.201860.189760.2089主塔反向側(cè)彎90.295570.249770.252670.244170.2566主塔同向縱彎280.4996160.4026140.3141140.3390120.3108主塔反向縱彎290.5134180.4091150.3175150.3429140.3139（1）各橋塔方案的基本周期在12~14s，屬于長周期結(jié)構(gòu)，符合一般懸索橋自振特性規(guī)律，結(jié)構(gòu)柔度大，易于抵抗地震作用；混凝土塔結(jié)構(gòu)的整體剛度大，結(jié)構(gòu)基頻稍大于鋼混組合塔。（2）鋼混組合塔方案的一階振型為加勁梁一階對(duì)稱側(cè)彎，二階振型為加勁梁縱飄，而混凝土塔方案的一階振型為加勁梁的縱飄，二階振型為一階對(duì)稱側(cè)彎；鋼混組合塔結(jié)構(gòu)的桁梁側(cè)彎振動(dòng)頻率小于混凝土塔，振動(dòng)模態(tài)提前出現(xiàn)。（3）各橋塔方案加勁梁的縱向振動(dòng)和豎向振動(dòng)頻率基本一致，說明橋塔形式的不同不會(huì)引起加勁梁縱向和豎向振動(dòng)頻率的變化。（4）加勁梁的一階對(duì)稱扭轉(zhuǎn)振型出現(xiàn)在12~13階振型，對(duì)應(yīng)頻率混凝塔方案較大，四種鋼混組合塔方案基本一致；一階反對(duì)稱扭轉(zhuǎn)振型出現(xiàn)在16~19階振型中，對(duì)應(yīng)頻率混凝土塔>組合塔4>組合塔2>組合塔1>組合塔3，基本與主塔的橫向剛度成正比。（5）鋼混組合塔方案在纜索振動(dòng)出現(xiàn)之前，于第6、7階振型出現(xiàn)以主塔側(cè)彎為主的振型，并耦合桁梁的側(cè)向振動(dòng)；而混凝土橋塔結(jié)構(gòu)在8、9階振型中才出現(xiàn)主塔側(cè)向振動(dòng)并耦合纜索振動(dòng)，且振幅較小。鋼混組合塔的主塔同向側(cè)彎振型均出現(xiàn)在第6階，頻率由大到小依次為：組合塔4（0.209Hz）＞組合塔2（0.202Hz）＞組合塔1（0.197Hz）＞組合塔3（0.188Hz）。主塔反向側(cè)彎振型均出現(xiàn)在第7階，頻率由大到小依次為：組合塔4（0.257Hz）＞組合塔2（0.253Hz）＞組合塔1（0.250Hz）＞組合塔3（0.244Hz）。（6）鋼混組合塔方案的主塔縱彎振型出現(xiàn)早于混凝土塔方案，且對(duì)應(yīng)頻率小于混凝土塔；混凝土塔方案在27階振型中出現(xiàn)主塔縱彎振型，并耦合邊跨纜索振動(dòng)，頻率為0.500Hz（見圖37），鋼混組合塔約在11~16階振型中出現(xiàn)主塔縱彎振型，部分形式的組合塔結(jié)構(gòu)耦合桁梁的高階振動(dòng)，主塔同向縱彎振型頻率：組合塔1（0.403Hz）＞組合塔3（0.339Hz）＞組合塔2（0.314Hz）