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结构病害对装配式板桥动力特性影响分析 邹兰林 ，彭冬 (1．武汉科技大学 汽车与交通工程学院，湖北 武汉 430081；2．孝感市公路管理局，湖北 孝感 432000) 摘要 ：以实际桥梁结构为原型建立空间有 限元模 型，分析桥梁结构病害对其动力特性 的影响 规律 ，实测其动力特性指标值反映结构受力特性，为结构承载力动态快速评定提供依据。结果表 明，不同位置 的板开裂对整体结构频率影响程度不同，边缘板块开裂对结构频率 的影响比中间板 块开裂大 ；铰缝破损对结构竖弯振型对应的频率没有影响，但是对横 向扭转振型对应 的各阶频率 影响显著 ，且横 向扭转振型对应 的频率随着铰缝破损程度增加而减小。 关键词 ：桥梁 ；装配式板桥 ；结构病害；动力特性 ；频率 中图分类号：U446．1 文献标志码 ：A 文章编号：1671～2668(2011)02--0156--04 桥梁结构动力特性分析对于桥梁结构受力状态 结构分析比较困难 ，借助计算机采用有限元方法计 和承载力评定有着重要 的意义，其主要是通过实测 算桥梁结构固有频率。对各种模型建立统一的动力 桥梁结构的频率和振型来反映结构受力状态，在此 平衡方程 ，其形式为 基础上进一步评定结构承载力 。结构病害导致结构 [A幻{}+[c]{含)Jr[K]{)一{p(￡)} (1) 刚度等参数改变，相应的结构频率和振型也会发生 式中：[M]、[K]分别为结构的整体质量矩阵及整体 改变，如果能够采用动态方法快速监测到结构频率 刚度矩阵。 和振型的变化 ，就可以通过这种变化反映出结构的 不考虑结构阻尼求解结构固有振动时 ，先求得 病害特征。为此，该文以实际工程 中装配式板桥为 结构刚度矩阵和质量矩阵，选择节点位移模式，将式 原型，结合断裂力学方法，采用线性弹簧单元模拟不 (1)转化为 同刚接 比例 的铰缝单元和不同破损程度的结构单 [K]{z}一 。EM]{) (2) 元，建立反映实际桥梁受力状态的空间有限元模型， 采用子空间迭代法进行求解，对式 (2)所表示的 系统分析结构病害对装配式板桥动力特性的影响规 结构的三维 自由振动方程进行变换 ，得 律，通过测试结构动力特性指标参数来反映结构病 2一 ㈤ 害状态 ，为进一步的结构承载力动态快速评定提供 {}一[x]{A} (4) 参考依据。 式中：[x]为初始的振型；{A}为待定列向量。 1 桥梁结构动力特性分析理论 将式(4)代入式(3)，得 2 一 由于质量分布不均 的变截面梁以及复杂的空间 ∞ {A} [x][M][](A} ㈣ 令 由上面分析过程可以看出主要是求结构刚度矩 [K] 一IX][K][x] (6) 阵和质量矩阵，再迭代计算 。对于含有裂纹的结构 [M]=Ix][M]Ix] (7) 单元 (见图 1)，采用断裂力学中线性弹簧单元进行 于是 模拟 ，有