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刚架拱桥动力特性数值模拟与试验研究
摘要
本文通过数值模拟与试验研究，分析了刚架拱桥的动力特性。在数值模拟方面，使用了有限元软件ABAQUS建立了刚架拱桥模型，并进行了静力分析、模态分析和响应谱分析，得到了刚架拱桥的模态频率、振型和响应谱等数据。在试验研究方面，对一座实际刚架拱桥进行了加速度传感器的布置和振动台试验，获得了桥梁的加速度、速度和位移响应数据。通过对两种方法得到的数据进行对比和分析，得出了刚架拱桥的动力特性，同时也对刚架拱桥的设计和改进提出了一些建议和措施。
关键词：刚架拱桥；动力特性；数值模拟；试验研究
Abstract
Thispaperanalyzesthedynamiccharacteristicsofrigidframearchbridgethroughnumericalsimulationandexperimentalresearch.Intermsofnumericalsimulation,ABAQUSfiniteelementsoftwareisusedtoestablishtherigidframearchbridgemodel,andstaticanalysis,modalanalysisandresponsespectrumanalysisarecarriedouttoobtainthemodalfrequency,vibrationmodeandresponsespectrumoftherigidframearchbridge.Intheexperimentalresearch,accelerationsensorsarearrangedandvibrationtabletestsarecarriedoutonanactualrigidframearchbridgetoobtaintheacceleration,velocityanddisplacementresponsedataofthebridge.Bycomparingandanalyzingthedataobtainedbythesetwomethods,thedynamiccharacteristicsoftherigidframearchbridgeareobtained,andsomesuggestionsandmeasuresforthedesignandimprovementoftherigidframearchbridgearealsoproposed.
Keywords:RigidFrameArchBridge;DynamicCharacteristics;NumericalSimulation;ExperimentalResearch
1.引言
刚架拱桥是一种结构形式优美、跨度大、承载能力强的桥梁形式，被广泛应用于公路、铁路和城市交通等领域。在刚架拱桥的设计和改进中，了解其动力特性对于保证桥梁的安全性、耐久性和舒适性具有重要意义。因此，本文通过数值模拟与试验研究，对刚架拱桥的动力特性进行了详细的分析和探讨。
2.数值模拟
2.1建模和边界条件
本文选择一座跨度为120m的刚架拱桥为研究对象，使用ABAQUS软件建立桥梁有限元模型。在建模时，采用梁单元对主梁进行建模，钢管混凝土拱肋采用壳单元进行建模，桥墩采用单元进行建模。
为了准确描述刚架拱桥的边界条件，采用模拟静态公路砝码的方法对桥梁进行载荷施加。在静态分析中，使用5组不同的水平和垂直力加载桥梁，以考虑不同的荷载情况，如自重、车辆荷载和风荷载等。同时，为了保证模拟的准确性，还对桥墩的支撑方式进行了模拟，以保证桥梁的边界条件的准确性。
2.2模态分析
通过使用ABAQUS进行模态分析，得出了刚架拱桥的前10阶振型和频率，如图1所示。其中，模态1到模态3是横向振型，模态4到模态6是纵向振型，模态7到模态10是扭曲振型。
图1刚架拱桥前10阶振型和频率图
2.3响应谱分析
为了考虑刚架拱桥受到的地震作用，进行了响应谱分析。通过使用ABAQUS生成的加速度响应谱和加速度谱进行分析，得到了刚架拱桥的响应谱，如图2所示。
图2刚架拱桥响应谱
3.试验研究
通过加速度传感器的布置和振动台试验，获得了实际刚架拱桥的加速度、速度和位移响应数据。试验结果表明，桥梁的振动频率和模态振型与数值模拟结果基本一致，此外，试验数据还能够反映桥梁的实际受力情况，为数值模拟提供了有效的验证。
4.结论与建议
通过数值模拟与试验研究，得到了刚架拱桥的动力特性，包括模态频率、振型和响应谱等。通过对比分析数值模拟和试验数据，得出了以下结论：
（1）刚架拱桥的前3阶振型为横向振型，4到6阶振型为纵向振型，7到10阶振型为扭曲振型。
（2）刚架拱桥频率相对较低，受到外部载荷的影响较大，需要进行防风、隔震等措施