基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

摘要

为科学合理地分析新型波形钢腹板组合箱梁桥的弯曲振动频率，综合考虑波形钢腹板的剪切变形效应和箱梁的剪力滞效应，运用Galerkin法和Hamilton原理推导该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件，求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下新型波形钢腹板组合箱梁桥的弯曲振动频率计算公式，将公式的计算结果与试验实测结果和ANSYS 3维有限元结果进行对比，并对弯曲振动频率的影响因素进行分析。结果表明：弯曲振动频率计算公式的计算结果与试验实测结果和ANSYS有限元结果吻合良好，验证了所推导的弯曲振动频率计算公式的正确性。弯曲振动频率随高跨比的增大而增大，当高跨比小于0.05时，弯曲振动频率的增幅较为平缓；当高跨比大于0.05时，弯曲振动频率的增幅较为显著。弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大，但整体增幅不明显。弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而增大，频率阶数越高，增幅越显著。箱梁剪力滞效应对弯曲振动频率影响较小，前5阶弯曲振动频率的最大误差仅为6.73%；波形钢腹板的剪切变形对弯曲振动频率影响较大，前5阶弯曲振动频率的最大误差高达51.18%。

关键词

组合箱梁 / 波形钢腹板 / 弯曲振动频率 / 剪切变形 / 剪力滞 / Galerkin法

基金资助

国家自然科学基金项目（51708269;51868039）; 甘肃省科技重点研发计划项目（20YF3FA039）; 甘肃省自然科学基金项目（21JR7RA315）; 兰州市人才创新创业项目（2021–RC–39）