基于LS-DYNA桥面跳车对旧拱桥受力分析及防治措施研究

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随着桥梁不断发展的历史进程中,已建成的拱桥不计其数,现在有许许多多已经运营超过数十年之久,加上交通量日益增多,拱桥超负荷使用下产生大大小小损害,出现混凝土脱落,桥面铺装破损,使桥面变得不平整,行车过程中出现跳车,加重车桥的耦合作用,这不仅影响行车舒适度和安全性,而且促使拱桥振动加强影响结构安全性。因此,对拱桥桥面跳车的研究十分必要,本文通过动力非线性软件LS-DNYA对拱桥桥面跳车进行动态仿真分析,论文主要研究工作包括:1、简单介绍了本文主要软件Hypermesh、LS-DYNA的使用方法,并建立了单跨50m的上承式拱桥和普通装载货车有限元模型,并对拱桥模型进行模态分析,得出自振频率。2、对车辆行驶于桥面进行动态模拟,建立平顺、正弦分布、余弦分布和离散分布四种桥面模型,对比四种不平整程度桥面工况下拱桥的动力响应,通过对比主梁和拱圈竖向加速度时程曲线,初步得出了行车过程中越不规则的桥面造成拱桥振动越强烈的观点。3、将平整桥面工况与设有五处障碍单元跳车桥面工况对比,在全桥行车过程中,对比跳车与平顺发生时挠度、竖向加速度、应力以及界面合力,推断出跳车发生时增强了拱桥的动力响应,属于偏危险的状态。4、通过不同因素控制下模拟几种跳车,主要考虑拱桥横纵桥向不同位置,桥面障碍设置高度以及车重,车速因素,通过LS-DYNA软件在每个因素下建立3-5个工况进行对比分析,从求解得到的挠度、应力、竖向加速度及能量时程曲线,从其变化形式及峰值大小,推断跳车发生时各个因素对于拱桥动力响应的影响,得出了靠近横桥向两侧跳车相比于中间跳车造成主梁底拉应力集中,容易造成开裂;障碍越高,跳车后主梁和拱圈挠度、应力越大,振动越强烈;车速加快,产生应力和挠度都会增加,同时结构竖向加速度及振动能量更大,拱桥的振动加强;车重越大,跳车后挠度越大,受拉区应力增强,振动能量及竖向加速度越大,拱桥振动越强烈。5、提取每一组工况中的拉应力峰值,根据其变化趋势,以材料容许拉应力为标准,计算出一个安全的临界值,同时参照行车舒适度,提出相对有效的防治措施。
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