车辆对桥梁的局部与整体动力冲击效应研究

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移动车辆不仅会对桥梁造成整体冲击作用,还会对桥梁局部尤其是伸缩缝处造成较强的局部冲击作用。这种长期反复的冲击作用会加快桥梁及车辆自身的破坏及老化,因此车辆对桥梁局部与整体冲击效应产生机理研究对于改善桥梁与车辆的结构设计、减少桥梁养护费用起着重要的作用。  本文首先建立了由弹性车轮和刚性车体组成的车辆模型及槽型铝合金桥梁模型,通过步进电机控制系统牵引车辆匀速移动,对移动车辆通过桥梁伸缩缝时的局部冲击与整体冲击效应进行了实验研究。局部冲击效应用车辆经过伸缩缝处时的前轮动态轮压作为评价指标,整体冲击效应则以桥梁跨中动挠度和跨中动应变为代表,并分析了冲击效应与行车速度、小车质量及伸缩缝宽度等参数的关系,同时研究了局部冲击对整体冲击产生的影响。  为了从理论上研究车辆对桥梁的冲击效应,本文对车辆和桥梁建立了有限元模型,采用弹簧阻尼单元法模拟车轮模型,并基于Newmark逐步积分法和车桥耦合振动迭代算法分析了系统的振动,对车辆对于桥梁的局部与整体冲击效应进行了分析。将实测结果与理论模拟结果对比,验证了理论计算方法的正确性,并进一步探讨了冲击效应的影响因素。  载重车辆的冲击是桥梁设计时要考虑的荷载,本文最后将有限元计算方法应用到三轴和五轴载重车辆对不同跨度简支梁桥冲击效应的研究上,分析了伸缩缝宽度、行车速度和桥梁跨度等参数对于局部轮压冲击系数,跨中弯矩冲击系数和支座剪力冲击系数等的影响。  研究表明,伸缩缝跳车导致的局部轮压冲击系数随伸缩缝宽度线性增大,但是其随车辆速度的变化趋势理论与实验分析未取得一致;轮压峰值出现在伸缩缝附近的压痕长度范围内,这是桥梁设计和维护中要特别重视的部位。在整体冲击效应方面,跨中挠度与跨中弯矩受伸缩缝跳车的影响不明显,支座附近梁的剪力则受影响较大。
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