【摘 要】
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本文以南昌市洪都大道快速路改造工程三跨预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,研究不同轴数重载汽车对桥梁振动响应影响。推导了不同轴数车辆模型振动方程,运用Midas和ANSYS分别建立桥梁有限元模型,分析了桥梁动力特性;基于车桥耦合振动理论,建立了单车和多车荷载作用下车桥耦合振动方程,采用传统Newmark-β数值积分方法,自编程序求解桥梁车致振动响应,分析车辆荷载对等截面低墩中小跨径连续刚构桥动力性能
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本文以南昌市洪都大道快速路改造工程三跨预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,研究不同轴数重载汽车对桥梁振动响应影响。推导了不同轴数车辆模型振动方程,运用Midas和ANSYS分别建立桥梁有限元模型,分析了桥梁动力特性;基于车桥耦合振动理论,建立了单车和多车荷载作用下车桥耦合振动方程,采用传统Newmark-β数值积分方法,自编程序求解桥梁车致振动响应,分析车辆荷载对等截面低墩中小跨径连续刚构桥动力性能的影响,本文主要工作和结论如下:(1)基于D’Alembert原理和虚位移原理推导了高速公路上常见的二轴、三轴、四轴整体厢式货车和三轴、四轴、五轴、六轴半挂货车的振动方程;通过Matlab软件编写了不同车型的车桥耦合振动程序,并通过ANSYS瞬态分析验证了车桥耦合程序的准确性和适用性。(2)利用ANSYS和Midas/Civil有限元软件,分别建立了桥梁的ANSYS实体有限元模型和Midas/Civil梁格法有限元模型,通过改变桥梁结构体系、桥墩高度和边中跨比,对比分析了桥梁结构参数对动力特性影响。结果表明:连续刚构桥第一阶振型为桥墩和主梁纵向位移;连续梁桥第一阶振型为主梁竖向弯曲,与相同截面型式和跨径的连续刚构桥竖弯振型相同,频率相差1.3%;桥墩高度对桥墩模态影响较大,对主梁模态影响较小;主梁边中跨比对连续刚构桥纵向位移模态影响较小,对主梁竖向弯曲和扭转模态影响较大。(3)以一辆三轴自卸汽车为分析对象,研究了车辆横向加载位置、桥梁结构体系、桥墩高度、桥梁边中跨比和桥面不平顺对连续刚构桥动力响应的影响。结果表明:连续刚构桥和连续梁桥,两种桥型的车致动力响应变化规律相似,边跨跨中响应大于中跨跨中响应;车辆横向行驶位置距离桥梁中心线越近,桥梁动力响应就越大。桥墩高度直接影响桥墩刚度,随着墩高增加,车辆荷载作用下墩顶纵向位移增大;桥墩高度对跨中挠度影响较大,对跨中弯矩的影响较小;桥墩高度的改变对墩顶负弯矩的影响较大,随着桥墩高度增加,墩顶负弯矩变小。保持中跨跨径不变,随着边跨跨径减小,墩顶主梁负弯矩增大,中跨跨中挠度减小,但对中跨跨中弯矩影响较小。(4)保持车辆重量相同,车辆轴数越多,车辆对桥梁动力响应越小;保持车辆轴数和车辆重量相同时,拖挂车引起桥梁动力响应大于整体厢式车引起的桥梁动力响应。车辆类型和车速保持定值,车重越大,对桥梁动力响应越大,但是对桥梁冲击效应越小。当车辆轴距与车速满足一定关系时,桥梁冲击系数达到峰值,但对于中小跨径桥梁,因车辆作用时间较短,传递给桥梁的振动能量有限。轴距较小的车辆,更容易对桥梁造成更大的冲击效应。(5)多车荷载作用下,横向多车布载引起的桥梁冲击系数均小于单车作用,车辆数量越多,冲击系数反而越小,纵向多车对桥梁冲击系数的影响需要考虑车辆间距,随着车辆间距的增大,冲击系数逐渐接近单车荷载作用的冲击系数。
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