加固后轻型刚架拱桥的空间有限元动力分析方法
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实 用性 。
关键词 ｇ 空间有限元法 ； 动力分析 ； 弹性面力； 弹性 支承 ； 同作 用 共 中固分类号 ： １Ｊ １３ １３ ． １
ｌ 前 盲
文献标识固维修为工程实例 ， 对加 固后 的轻 型拱桥的 自振特性参 数分析作一些 初步 的探讨 。针 对该 桥拱肋 实腹 段和上弦杆裂缝多 ， 最大缝宽度较大的主要病害 ， 设计单位提出了采用外包钢加 固及加大截面 尺寸两种
构动 力特性参数计 算结果的人为误 差进行 了比较 。继而提 出解决该人为误差 的有效方法 ， 把
拼装成桥的整座轻型刚架拱桥按组成构件 离散 ， 主要 受力构件的动力特性及其加 固后 的动 对
力特性的理论计算分析方 法进行深入探讨 ， 出采用弹性 面力来代替粘贴 钢板 ， 提 并把弹性 面 力简化为结构单元 结点弹性支承的方 法来考虑拱肋及 粘贴钢板之 间的共 同作用 ， 以此 来克服 传统 的有 限元分析 法中构件 中性轴、 中性面计 算假 定位置与 实际位置偏 差的问题 。并 通过 轻 型刚架拱桥动力特性参数的 实测来检验本文提 出的改进空间有限元动 力分析 法的可靠性 和
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第 ｌ卷第 ４ ７ 期
２Ｏ 年 ７月 Ｏ８
平 顶 山 工 学 院 学 报
ｖ Ｉ１ ｌ ４ ｏ ．７ Ｎ ． ０
Ｊｕ ｌｆ ￣ ａｓａ ｓｔ ｅ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ｏｍａ ｏ Ｈｎ ｇｈｎＩ ｔｕ Ｔ ｃｎｌ ｙ ｎ ｉｔ ｏ ｏ
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第 １ 卷第 ４期 ７
吴文豪 ： 固后轻型刚架拱桥的空间有 限元 动力分析方法 加
束 的构件 （ 如图 ３ ， ）据此 ， 我们可 以在对梁加上边界约束这样 的一个 构件进行多方 面的动力特性 的研究基 础上 ， 再通过
“ 先分后合 ” 的过程对轻 型刚架拱桥动力特性进行准确到位的研究 。对于 旧有承载力不足的轻型刚架拱桥往往 采用外包
构 中并 不存在 同一平 面内相交 ， 现阶段 的理论计算水平 ， 弦杆 、 系梁 的中性轴简化为同一平 面内相交 的两个构 件。 把 横 ｂ同样 ， 、 梁的中性轴与板 中面之间的相对位置未能正确衔接 ， 使得粱单元与板单元之间未能正确地 拼装成符合 实际 结构 的整 体。
虹
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Ｊ１２ （ ｕ ．０） ８
文章编 号 ：６ １ ９ ６ （０ ８０ —０ ４ １７ — ６ ２ ２０ ）４ ０２—０ ５
加 固后 轻 型 刚架 拱桥 的 空 间有 限元 动 力分 析 方 法
吴 文 豪
（ 龙岩 市汇 豪工程 设计 有限公 司 ３４０ ） ６００
摘 要 ： 对采 用粘贴钢板法加 固既有轻型刚架拱桥 的动力特性进行研 究。文 中先以拱桥 组成构件 为 例对传统 的有限元法的构件动力分析 中性轴 、 中性 面计 算假定位置与 实际位 置偏 差而引起 结
与跨 中之间三等分 处各增设一根横系梁。③在拱肋两侧面粘贴 １ｒ ５ ｍ厚的钢板。省 内对采用 以上 加固方法加 固的轻型 ａ
刚架拱 桥动力 特性 的理论分析 ， 大都采用美 国的专用计算软件 ， ＳＰ Ａ Ｓ Ｓ Ａ ＩＡ专业计算软件 ， 如 Ａ 、 Ｎ Ｙ 、 ＤＮ 把它简化 为梁 板体 系进行结构 动力计算 ， 即把拱肋及横 系梁按梁单元处理 ， 桥面铺装按板单元来划分单元 网格 。这样的简化带来 几 卜 ／ 问题 ： ａ梁粱之间的轴线位 置不符合工程结构的实 际情况 。如图 １ ， 、 示 弦杆 实腹段的 中性 轴与横 系梁的 中性 轴在实 际结
方法综合应用 ， 具体加 固方法如 下： ①凿除原桥面铺装 ， 重新铺筑铺装层 ， 加厚铺装层厚度 ， 新铺装 层配 ￣ ０ ０ 网格钢 １＠２０
筋 。②加大原大 、 小节点处及跨 中处 的横系梁的截面尺寸 ， 增加横 系梁 的数 量 ， 片拱片原设 置 １ 根 横 系粱 ， 每 ５ 在大 节点
桥动力特性的分析， 拟用图４ 作为替代的力学模型， 先通过对该构件进行一些动力特性的理论分析， 再借助静力计算分
析 中“ 先分 后合 ” 方法 由构件过渡到整座轻型刚架拱桥动力分 析上 。
钢法加 固， 际做法 就是 有如在图 ３ 实 分构件上外贴钢板如 图 ４示 。粘 贴钢板厚 度尺寸一 般较小 ， （ ． ～３ ０ ｃ 本文 为 ０ ８ ．）ｍ， 为 了对构件进行较 为准确的动力特性的理论计算以及研究分析 ， 采用三维块体对 构件进行 单元划 分 ， 因此 ， 在图 ４中不 同材料的分界面应作为块体单元 的边线 ， 也就要求单元的最大 尺寸要控 制在 （ ． ３０～６ ０ 锄 范 围内 ， ．） 以一个 １ｅ ×２ ｅ ５ｒ ４ｍ ａ ×８０ｒ构 件为例 ， 分总的单 元数 达 １ ０ 个之多 ， ０ｅ ａ 划 ２００ 因此 ， 如果 “ 一步登天 ” 采用 足尺寸 的整座 轻型刚架 拱桥作 为分析 研究对象势必给计算机及分析软件的运行 空间造成 过大的负 当， 重影响计算分 析的进程 。本文 对加 固的轻 型刚架拱 严
图 ｌ 拱片、 系梁 中性轴相对位置图 横
２ 加 固轻型 刚架拱桥 自振特性的空间有 限元分析
广 一
图 ２ 拱片 、 微弯板中面相对位置 图
２１ 考虑粘贴钢板与轻型刚架拱桥钢筋砼相互作 用的构件模 型分析及计算结果 比较 ．
对轻型刚架拱桥动力分析研究 的方 法也可 以类似 于静力计算 ， 把拱片按构 件离 散 ， 分别对各 构件进 行分析 研究 ， 再 通过“ 先分后合 ” 的过程达到对拱片乃至整座轻型刚架拱桥动力 特性 的理论研究 。这些构件实际上可视 为梁加上边 界约 收稿 日期 ：０８ ２０ 一晒 一１ Ｏ 作者简介 ： 昊文豪（９ １ ， 福建永定人 ， １６ 一） 男， 福建省龙岩 市汇 豪工程设计有限公 司工程师 ， 从事路桥方 面的设计研究。
关键词 ｇ 空间有限元法 ； 动力分析 ； 弹性面力； 弹性 支承 ； 同作 用 共 中固分类号 ： １Ｊ １３ １３ ． １
ｌ 前 盲
文献标识固维修为工程实例 ， 对加 固后 的轻 型拱桥的 自振特性参 数分析作一些 初步 的探讨 。针 对该 桥拱肋 实腹 段和上弦杆裂缝多 ， 最大缝宽度较大的主要病害 ， 设计单位提出了采用外包钢加 固及加大截面 尺寸两种
构动 力特性参数计 算结果的人为误 差进行 了比较 。继而提 出解决该人为误差 的有效方法 ， 把
拼装成桥的整座轻型刚架拱桥按组成构件 离散 ， 主要 受力构件的动力特性及其加 固后 的动 对
力特性的理论计算分析方 法进行深入探讨 ， 出采用弹性 面力来代替粘贴 钢板 ， 提 并把弹性 面 力简化为结构单元 结点弹性支承的方 法来考虑拱肋及 粘贴钢板之 间的共 同作用 ， 以此 来克服 传统 的有 限元分析 法中构件 中性轴、 中性面计 算假 定位置与 实际位置偏 差的问题 。并 通过 轻 型刚架拱桥动力特性参数的 实测来检验本文提 出的改进空间有限元动 力分析 法的可靠性 和
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第 ｌ卷第 ４ ７ 期
２Ｏ 年 ７月 Ｏ８
平 顶 山 工 学 院 学 报
ｖ Ｉ１ ｌ ４ ｏ ．７ Ｎ ． ０
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第 １ 卷第 ４期 ７
吴文豪 ： 固后轻型刚架拱桥的空间有 限元 动力分析方法 加
束 的构件 （ 如图 ３ ， ）据此 ， 我们可 以在对梁加上边界约束这样 的一个 构件进行多方 面的动力特性 的研究基 础上 ， 再通过
“ 先分后合 ” 的过程对轻 型刚架拱桥动力特性进行准确到位的研究 。对于 旧有承载力不足的轻型刚架拱桥往往 采用外包
构 中并 不存在 同一平 面内相交 ， 现阶段 的理论计算水平 ， 弦杆 、 系梁 的中性轴简化为同一平 面内相交 的两个构 件。 把 横 ｂ同样 ， 、 梁的中性轴与板 中面之间的相对位置未能正确衔接 ， 使得粱单元与板单元之间未能正确地 拼装成符合 实际 结构 的整 体。
虹
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Ｊ１２ （ ｕ ．０） ８
文章编 号 ：６ １ ９ ６ （０ ８０ —０ ４ １７ — ６ ２ ２０ ）４ ０２—０ ５
加 固后 轻 型 刚架 拱桥 的 空 间有 限元 动 力分 析 方 法
吴 文 豪
（ 龙岩 市汇 豪工程 设计 有限公 司 ３４０ ） ６００
摘 要 ： 对采 用粘贴钢板法加 固既有轻型刚架拱桥 的动力特性进行研 究。文 中先以拱桥 组成构件 为 例对传统 的有限元法的构件动力分析 中性轴 、 中性 面计 算假定位置与 实际位 置偏 差而引起 结
与跨 中之间三等分 处各增设一根横系梁。③在拱肋两侧面粘贴 １ｒ ５ ｍ厚的钢板。省 内对采用 以上 加固方法加 固的轻型 ａ
刚架拱 桥动力 特性 的理论分析 ， 大都采用美 国的专用计算软件 ， ＳＰ Ａ Ｓ Ｓ Ａ ＩＡ专业计算软件 ， 如 Ａ 、 Ｎ Ｙ 、 ＤＮ 把它简化 为梁 板体 系进行结构 动力计算 ， 即把拱肋及横 系梁按梁单元处理 ， 桥面铺装按板单元来划分单元 网格 。这样的简化带来 几 卜 ／ 问题 ： ａ梁粱之间的轴线位 置不符合工程结构的实 际情况 。如图 １ ， 、 示 弦杆 实腹段的 中性 轴与横 系梁的 中性 轴在实 际结
方法综合应用 ， 具体加 固方法如 下： ①凿除原桥面铺装 ， 重新铺筑铺装层 ， 加厚铺装层厚度 ， 新铺装 层配 ￣ ０ ０ 网格钢 １＠２０
筋 。②加大原大 、 小节点处及跨 中处 的横系梁的截面尺寸 ， 增加横 系梁 的数 量 ， 片拱片原设 置 １ 根 横 系粱 ， 每 ５ 在大 节点
桥动力特性的分析， 拟用图４ 作为替代的力学模型， 先通过对该构件进行一些动力特性的理论分析， 再借助静力计算分
析 中“ 先分 后合 ” 方法 由构件过渡到整座轻型刚架拱桥动力分 析上 。
钢法加 固， 际做法 就是 有如在图 ３ 实 分构件上外贴钢板如 图 ４示 。粘 贴钢板厚 度尺寸一 般较小 ， （ ． ～３ ０ ｃ 本文 为 ０ ８ ．）ｍ， 为 了对构件进行较 为准确的动力特性的理论计算以及研究分析 ， 采用三维块体对 构件进行 单元划 分 ， 因此 ， 在图 ４中不 同材料的分界面应作为块体单元 的边线 ， 也就要求单元的最大 尺寸要控 制在 （ ． ３０～６ ０ 锄 范 围内 ， ．） 以一个 １ｅ ×２ ｅ ５ｒ ４ｍ ａ ×８０ｒ构 件为例 ， 分总的单 元数 达 １ ０ 个之多 ， ０ｅ ａ 划 ２００ 因此 ， 如果 “ 一步登天 ” 采用 足尺寸 的整座 轻型刚架 拱桥作 为分析 研究对象势必给计算机及分析软件的运行 空间造成 过大的负 当， 重影响计算分 析的进程 。本文 对加 固的轻 型刚架拱 严
图 ｌ 拱片、 系梁 中性轴相对位置图 横
２ 加 固轻型 刚架拱桥 自振特性的空间有 限元分析
广 一
图 ２ 拱片 、 微弯板中面相对位置 图
２１ 考虑粘贴钢板与轻型刚架拱桥钢筋砼相互作 用的构件模 型分析及计算结果 比较 ．
对轻型刚架拱桥动力分析研究 的方 法也可 以类似 于静力计算 ， 把拱片按构 件离 散 ， 分别对各 构件进 行分析 研究 ， 再 通过“ 先分后合 ” 的过程达到对拱片乃至整座轻型刚架拱桥动力 特性 的理论研究 。这些构件实际上可视 为梁加上边 界约 收稿 日期 ：０８ ２０ 一晒 一１ Ｏ 作者简介 ： 昊文豪（９ １ ， 福建永定人 ， １６ 一） 男， 福建省龙岩 市汇 豪工程设计有限公 司工程师 ， 从事路桥方 面的设计研究。
