舍里甲大桥车桥耦合振动响应研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dragongreen2009
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钢箱系杆拱桥由于受力性能良好、造价较低、施工周期短等特点在我国大量修建。但是由于其结构自重较轻、刚度较小,因此桥梁动力问题较为突出。特别是下承式拱桥吊杆较长,桥梁整体性较差且活载占比较大,加上此类桥梁结构体系众多使其在车辆荷载作用下的振动机理变得更加复杂,故对该类型桥梁的车桥耦合振动响应展开研究是十分必要的。本文以舍里甲大桥为背景,建立下承式钢箱系杆拱桥空间有限元模型并分析其动力特性。建立了下承式钢箱系杆拱桥在移动车辆荷载作用下的振动方程,并依据该振动方程编制车桥耦合分析程序进行方程的数值求解,较为全面的分析了单车荷载及多车荷载作用下的下承式钢箱系杆拱桥车桥耦合振动影响因素,同时分析了移动车辆荷载作用下的下承式钢箱系杆拱桥关键构件的局部动力响应。本文的主要研究工作和主要结论如下:(1)建立舍里甲大桥有限元模型,并将3轴汽车简化为三维9自由度车辆模型,结合模态综合法,采用Newmark-?数值方法对车桥耦合振动方程进行数值求解计算得到桥梁的位移及其动力放大系数,有效减小了计算所用时间。(2)舍里甲大桥的振型主要表现为拱肋面外振动、竖弯振动、空间扭转振动。随振型阶次的提高,结构振型越复杂,在高阶振型中出现了主梁扭转拱肋横向弯曲等耦合振动,桥梁的面外振动所对应的基频为1.2237 Hz,面内振动所对应的基频为1.3998 Hz,其面外刚度小于面内刚度,故桥梁的面外稳定问题应着重考虑。(3)对下承式钢箱系杆拱桥在单车荷载作用下车桥耦合振动响应的影响参数进行了分析,包括车辆行驶速度、车辆偏载、桥面平整度、车重、阻尼比。结果表明:车辆行驶速度、车重、阻尼比、桥面平整度对下承式钢箱系杆拱桥车致振动响应影响较大,车辆偏载对桥梁车致振动响应的影响较小,下承式钢箱系杆拱桥内力和挠度之间的冲击效应差别较大,且桥梁挠度和内力冲击系数在部分车速下均超过规范值0.05,可见规范中对于钢箱系杆拱桥动力放大系数的选取是偏不安全的。(4)对单车荷载作用下的下承式钢箱系杆拱桥局部动力响应的影响参数进行了分析,包括吊杆连接方式、桥面平整度及车速等。所得结论有:下承式钢箱系杆拱桥部分构件的局部冲击系数大于桥梁整体冲击系数;吊杆连接方式对下承式钢箱系杆拱桥局部构件的振动响应影响较小;钢箱系杆拱桥的局部振动响应随桥面路况变差而加剧,且较整桥而言部分局部构件对路面等级的变化更为敏感,因此,仅以一个整体冲击系数来描述桥梁不同构件的车辆荷载冲击效应是不合理的,应根据设计需要和研究对象的不同选用相对应的局部冲击系数。(5)对多车荷载作用下的下承式钢箱系杆拱桥动力响应影响参数进行了分析,包括车道位置、车辆行驶方向、桥面平整度、纵向多车、横向多车、车辆间距等。所得结论有:桥面平整度、纵向多车、车辆行驶方向、横向多车对下承式钢箱系杆拱桥车致振动响应影响较大,车距及车道位置的影响较小。单车工况对路面等级的变化最为敏感;而多车工况中纵向多车较横向多车对路面等级的变化更为敏感,多车荷载作用下的桥梁动力放大系数均小于单车作用。故选取单车工况下的动力放大系数进行桥梁设计是偏安全的。
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