多梁式混凝土斜梁桥的车桥耦合振动分析

论文摘要

在桥梁建设中,常常由于桥梁位处的地形限制或高速公路对线型的要求而将桥梁做成斜交。迄今为止,人们对斜梁桥的静力行为已经进行了较为深入的研究,但对斜梁桥在车辆荷载作用下动力行为的研究仍较少,还无法形成具体的可供参考的设计依据,现行桥规对斜梁桥冲击系数的规定仍有待进行更多的研究和探讨。因此,本文针对国内典型截面形式的多梁式混凝土斜梁桥,探讨其在车辆荷载作用下的冲击效应及冲击系数的计算公式。论文的主要研究成果如下：1、基于通用有限元分析软件ANSYS,以公路桥涵通用标准图为依据,建立了简支和连续斜梁桥的有限元模型,包括斜交T梁桥、斜交空心板梁桥和斜交小箱梁桥,涵盖了目前国内高速公路中常用的多梁式斜梁桥构造形式。为混凝土斜梁桥的动力特性参数分析及车桥耦合振动分析提供了分析范例。2、分析了跨径、斜交角和跨宽比等参数对混凝土斜梁桥特征频率的影响规律。结果表明：通过改变各种设计参数,使斜梁桥的质量和刚度发生了变化,从而影响到桥梁特征频率的大小,各参数对特征频率的影响程度不同,其中跨径的影响最大。3、采用12个自由度的三轴三维车辆模型,编写了考虑路面不平度影响的车桥耦合振动的分析程序,应用所编制的程序进行了简支和连续斜梁桥在移动车辆荷载作用下冲击效应的参数分析,研究了车辆行驶位置、路面不平度、车辆行驶速度、桥梁跨径、斜交角、跨宽比、桥梁结构阻尼比和桥梁跨数等各个重要参数对桥梁冲击效应的影响规律。结果表明：路面不平度对桥梁冲击系数的影响很大,随路面状况的恶化,车辆对桥梁的冲击效应显著提高；车速和桥梁跨径对冲击效应有很大影响；桥梁结构阻尼比和斜交角的影响较大,车辆荷载对斜梁桥的冲击效应随桥梁斜交角的增大而减小；而车辆行驶位置和跨宽比则影响较小。4、在参数分析的基础上,建议了不同路面不平度等级下多梁式混凝土斜梁桥冲击系数的简化计算公式,可为斜梁桥的动力设计和运营维护提供了参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外相关研究概况
• 1.2.1 斜梁桥动力特性研究
• 1.2.2 斜梁桥车桥耦合振动研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 多梁式混凝土斜梁桥的动力特性分析
• 2.1 多梁式梁桥分析模型及梁格模型的修正
• 2.1.1 多梁式梁桥分析模型
• 2.1.2 梁格模型的修正
• 2.1.3 算例分析
• 2.2 多梁式混凝土斜梁桥及其有限元模型的建立
• 2.2.1 混凝土简支斜梁桥
• 2.2.2 混凝土连续斜梁桥
• 2.3 混凝土简支斜梁桥动力特性分析
• 2.3.1 跨径参数影响分析
• 2.3.2 斜交角参数影响分析
• 2.3.3 跨宽比参数影响分析
• 2.4 混凝土连续斜梁桥动力特性分析
• 2.4.1 跨径参数影响分析
• 2.4.2 斜交角参数影响分析
• 2.4.3 跨宽比参数影响分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 车辆荷载作用下斜梁桥的动力响应分析
• 3.1 车桥耦合系统的动力分析方法及其数值实现
• 3.1.1 车辆计算模型及其运动方程
• 3.1.2 桥梁计算模型及其运动方程
• 3.1.3 车桥耦合振动问题的几何相容条件及相互作用力
• 3.1.4 随机路面不平度的数值模拟
• 3.1.5 车桥耦合振动问题的数值分析方法及计算流程
• 3.1.6 车桥耦合振动分析程序
• 3.2 混凝土简支斜梁桥冲击效应参数分析
• 3.2.1 车辆行驶位置影响分析
• 3.2.2 路面不平度影响分析
• 3.2.3 车辆行驶速度影响分析
• 3.2.4 桥梁跨径影响分析
• 3.2.5 斜交角影响分析
• 3.2.6 跨宽比影响分析
• 3.2.7 桥梁结构阻尼比影响分析
• 3.3 混凝土连续斜梁桥冲击效应参数分析
• 3.3.1 桥梁跨数影响分析
• 3.3.2 斜交角影响分析
• 3.3.3 跨宽比影响分析
• 3.4 简支和连续斜梁桥冲击效应比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 斜梁桥冲击系数简化计算方法研究
• 4.1 冲击系数的定义
• 4.2 冲击系数的简化计算公式
• 4.3 国内外桥梁规范中冲击系数取值的比较
• 4.4 本章小节
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 车-桥系统方程的分离迭代求解编程
• 致谢
• 个人简历