大跨度公路连续刚构桥车致振动响应分析

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连续刚构桥是一种组合体系结构,具有变形小,行车舒适性高,内力分布合理,跨越能力强等优点,在桥梁中有广泛应用,已发展成为公路桥梁极具代表性的桥型之一,但车桥耦合振动方面的研究还比较少,因此,研究公路大跨连续刚构桥车致振动响应问题十分必要,其动力响应分析也受到桥梁工程界比较大的关注。本文以中山市横二线东段鸡鸭水道大桥为研究对象,建立了车-刚构桥耦合动力分析模型,编制了基于模态综合法和Newmark-β算法求解耦合模型振动响应的MATLAB程序,求解出不同桥墩型式的桥梁和不同桥墩高度的桥梁的振动响应,同时分析和阐述了车辆重量、车辆类型、车辆行驶速度等对桥梁冲击系数的影响。本文的主要研究工作和相关结论如下:(1)建立了基于ANSYS软件的大跨连续刚构桥仿真模型,将车辆模型简化为具有9个自由度的空间分析模型,并根据车辆和桥梁模型推导出了车桥耦合振动方程,运用MATLAB软件对耦合振动方程进行了求解。(2)对不同桥墩型式下的桥梁振动响应进行了对比分析,包括薄壁空心墩、双薄壁墩、四柱墩三种桥墩型式,考虑车速、车辆匀速行驶及加速行驶、横桥向车辆数量等对桥梁中跨跨中和桥梁墩顶动力响应的影响。结果表明:桥墩型式对桥梁振动响应的影响明显,不同桥墩型式的桥梁动力响应差值较大;双薄壁墩桥梁的位移响应和弯矩响应均为最小,而薄壁空心墩桥梁的位移响应和四柱墩桥梁弯矩响应最大,双薄壁墩桥梁与其他桥墩型式桥梁相比,其位移响应最大降低67%,弯矩响应最大降低100%。(3)对不同桥墩高度的公路连续刚构桥在车辆荷载下的动力响应做了研究,分析了不同桥墩高度的桥梁动力特性的变化,研究了不同参数对桥梁动力响应的影响,其中主要分析了车辆行驶速度、车重、车辆类型、车辆间距等因素对桥梁结构的控制截面的位移响应和弯矩响应的影响,结果表明在以上各类因素的影响下,高墩桥梁的振动响应的变化幅明显大于低墩桥梁,说明高墩桥梁的振动响应更容易受到以上因素的影响。(4)对大跨度公路连续刚构桥在车辆荷载作用下的桥梁冲击系数进行了研究,研究不同参数对桥梁冲击系数影响,结果表明在车辆高速行驶、低等级桥面、车辆偏载行驶等某些车辆行驶情形下,桥梁的中跨跨中挠度冲击系数超过规范规定值,建议规范规定值做适当上调。此外,桥梁的弯矩冲击系数明显大于桥梁的位移冲击系数,弯矩的冲击效应是不可忽略的,在考虑冲击系数时应考虑桥梁的弯矩冲击系数。
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