连续梁桥受拥堵重车车列怠速激振效应研究

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桥梁结构在汽车荷载作用下的车桥耦合振动的动力响应问题是目前桥梁研究的重要方向之一。尤其重载车辆拥堵在桥梁上时,汽车发动机怠速振动作为激励源对桥梁产生的冲击效应,尚未得到重视。在《2015桥涵通用规范》中,对冲击系数的考虑是汽车在移动过程中由车辆振动对桥梁产生的冲击效应,且仅考虑结构基频为唯一因素,未考虑重载车辆拥堵在桥梁上时,由怠速作为激励源对桥梁产生的冲击效应。因此,研究桥梁受拥堵重车车列怠速激振效应研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以石嘴山黄河公路大桥为依托工程,主要工作和结论如下:1、借助石嘴山黄河公路大桥治超检测站对过往重载车辆车流量进行调查统计,归纳整理出三个高峰时段的车流量数据,提出了大桥通行的五种车辆荷载模型,并拟定出10种拥堵怠速荷载模型。最后,建立轻型车典型车辆和重型车典型车辆的车辆运动方程,进而推导出相应车辆的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵。2、通过Midas civil有限元软件建立石嘴山黄河公路大桥全桥整体结构动力学模型,得出了全桥的动力特性;最后在Midas civil有限元软件中通过车辆轮胎与桥面接触点建立车辆拥堵怠速耦合振动有限元模型,得出了重车车列与大桥耦合之后的全桥的动力特性。3、分别考虑拥堵车辆载重、车辆拥堵间距、汽车发动机怠速频率及车辆拥堵工况这4种影响因素,对大桥的第一跨和第二跨跨中位移、应力及墩顶处的位移、应力进行比较分析;在此基础上,计算了各自影响因素下的放大系数分别进行计算分析,并与《2015桥涵通用规范》中根据计算公式得出的冲击系数进行比较。研究结果显示,总体上,对研究依托的大跨预应力混凝土连续梁桥而言,拥堵重车车列怠速状态下对桥梁的动力系数大于根据规范求得的冲击系数。拥堵重车车列的载重改变下,所求得的跨中应力放大系数随着载重重量的增加呈现先增大后减小的趋势,在重车满载的时候,跨中应力放大系数达到最大值;车辆拥堵间距在1.0m~4.0m的变化范围内,随着拥堵重车车列间的拥堵间距的增大,所求得的跨中应力放大系数呈逐步减小的趋势,在3.0m~4.0m变化范围内,跨中应力放大系数趋于稳定;发动机怠速频率在600r/min~800r/min变化范围内,随着发动机怠速频率的增大,所求得的跨中应力放大系数呈现先增大后减小的趋势,在怠速频率700r/min的时候,跨中应力放大系数达到最大值;拥堵重车车列正弦函数相位差的改变所求得的位移放大系数及应力放大系数都未发生显著的变化,说明相位差的改变并不能对车桥系统产生显著的影响。由于拥堵工况这个参数的变化种类较多,求得的放大系数无规律可循,还需做进一步的研究。
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