多梁式混凝土斜梁桥的车桥耦合振动分析

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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。
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