Page 30 - 《振动工程学报》2026年第2期

346 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

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和 6×10 N·m/rad。考虑到精细化模型 (图 7(d)) 计算 表 3 梁截面属性
成本较高，将浮桥上部结构简化为梁单元模型，简化 Tab. 3 Section properties of the beam

梁的截面属性列于表 3，局部示意如图 7(e) 所示。 属性 单位 数值
线密度ρ t/m 16.30
表 2 浮箱关键几何参数 面积A m 2 2.01
Tab. 2 Key geometric parameters of the pontoon 4
z轴惯性矩I z m 5.30

属性 单位 数值 y轴惯性矩I y m 4 3.87
长轴a m 50 扭转惯性矩J m 4 2.99
短轴b m 20 轴向刚度EA N 4.02×10 11
高c m 6 y轴弯曲刚度EI y N·m 2 7.74×10 11
t·m 2 1.62×10 5 N·m 2 1.06×10 12
横摇转动惯量I tr z轴弯曲刚度EI z
2
t·m 2 5.13×10 5 扭转刚度GJ N·m /rad 2.41×10 11
纵摇转动惯量I tp
t·m 2 5.90×10 5
艏摇转动惯量I ty
应时程曲线。两种模型前 阶振型和频率的对比情
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本文采用与浮桥上部桁架结构等效的广义梁单 况如表 4 所示，两者的模态振型基本一致，频率值差
元进行参数化数值分析，其截面弯曲、剪切和扭转刚 别很小。图 8 为简化模型和精细化模型中间浮箱的
度等参数通过悬臂桁架结构的静力分析反算确定。 时程位移曲线。波浪作用主要使浮箱产生 y 方向、
在 自 由 端 施 加 广 义 单 位 荷 载， 分 析 获 得 精 细 化 模 z 方向的位移和绕 x 轴的刚性转动，两种模型得到的
型对应方向的广义位移，通过匹配结构响应计算广 位移时程基本一致。因此，采用广义梁单元的简化
义 梁 单 元 的 关 键 截 面 属 性， 简 化 模 型 的 CFD-FEA 模型来模拟浮桥上部结构是可行的；为了提高计算
双向耦合分析。 效率，本文采用简化模型方法来全面分析浮桥结构
为了验证该等效方法的可行性，本文对比了精 在波浪作用下的动力响应。
细化模型和简化模型的振型、频率和关键位置的响

表 4 浮桥前 5 阶模态振型和频率对比
Tab. 4 Comparison of first five order mode shapes and natural frequencies of the floating bridge

模态 精细化模型 简化模型 差别
阶数 振型 频率/Hz 振型 频率/Hz

1 0.081 0.081 0.00%

2 0.216 0.214 1.60%

3 0.263 0.263 0.00%

4 0.289 0.290 0.30%

5 0.318 0.316 0.63%

3.2 波浪作用下浮桥的动力响应 分别取 2.53、3.58、5.70、6.93、8.01、8.90、9.81、11.0、
12.3 和 14.0 s， 对 应 的 波 长 分 别 为 10、 30、 50、 75、
3.2.1 波浪周期影响性分析 100、125、150、200、250 和 300 m。图 9 为浮桥计算
通过分析不同周期波浪作用下离散式桁架浮桥 模型示意图，浮箱沿 x 轴正向依次编号，重力沿 z 轴
的动力响应来研究波浪特性的影响规律。波浪周期 负方向，主梁两端边界为固定约束。