箭滩河大桥复线桥异常振动的原因分析

摘要

箭滩河大桥及其复线桥均为空腹式悬链线钢筋混凝土箱形拱桥。在动力试验时，箭滩河大桥动力特性正常，结构动力性能基本满足桥梁正常使用的要求，而复线桥测试桥跨的车辆冲击效应显著，实测的冲击系数(μ)最大达到0.36（对于70.0m跨径的拱桥，冲击系数按照旧规范不作考虑，按照新规范取值为0.13），竖向振动加速度峰-峰值最大达到1.431m/s2，横向振动加速度峰-峰值最大达到0.716m/s2，冲击效应显著，属异常振动现象。本文针对此桥异常振动的现象进行了有限元数值模拟分析，对其异常振动的相关原因进行了探究，主要研究内容有以下几方面:
　　①首先按照箭滩河大桥复线桥的设计资料建立有限元模型，然后通过调整材料参数来修正模型，使得模型的自振特性与实际结构尽量接近，并以此理论模型为基础计算箭滩河大桥复线桥的动力响应，将冲击系数计算值与箭滩河大桥及其复线桥的冲击系数实测值进行对比分析，以此来探讨模型建立的合理性和异常振动的相关因素。
　　②通过收集41座拱桥的动力试验数据，对结构自振频率、冲击系数、阻尼比等参数进行统计，以此来探究影响冲击系数的主要因素;同时结合箭滩河大桥复线桥桥面呈波浪状凹槽的特点，采用将空间频率转换为时间频率的方法，模拟桥面不平整条件下的车桥耦合作用，以此来探究箭滩河大桥复线桥异常振动的主要原因。
　　主要结论如下:
　　①桥面不平整和车桥耦合振动两个因素的联合作用是影响冲击系数的决定性因素。箭滩河大桥复线桥桥面技术状况较差，有明显的波浪状凹槽，在此条件下车桥频率耦合使其桥梁结构的冲击效应显著，两因素的联合作用是箭滩河大桥复线桥异常振动的主要原因之一。
　　②车速变化对冲击系数有一定程度影响。从箭滩河大桥复线桥在未考虑桥面不平整时的理论模型计算结果来看，冲击系数有随着车速的增大而增大的趋势，这一定程度表明车速与箭滩河大桥复线桥的异常振动有一定关联性。
　　③矢跨比对冲击系数的影响是有一定的规律。拱桥的矢跨比较小时，其梁结构特征趋于明显，同时前两阶竖向频率也趋向接近，这样容易造成车桥频率耦合，从而增大冲击效应。统计分析结果反映出箭滩河大桥复线桥的矢跨比跟其异常振动有一定相关性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 车桥系统异常振动所涉及的主要因素

1．3 车桥系统耦合振动的国内外研究现状

1．3．1 车桥耦合振动的古典理论

1．3．2 车桥耦合振动的现代理论

1．4 本文主要研究内容

第二章 结构振动的动力分析方法

2．1 阻尼与ANSYS阻尼

2．2 瞬态动力学理论

2．2．1 直接积分法的基础理论

2．2．2 完全法瞬态动力分析基础

2．2．3 模态叠加法

2．3 本章小结

第三章 车桥耦合振动的理论分析

3．1 多模态双自由度车桥模型的理论分析

3．2 车桥耦合振动系统现代分析理论

3．2．1 车辆模型

3．2．2 基本假设

3．2．3 车辆的运动平衡方程

3．2．4 桥梁的运动平衡方程

3．2．5 车辆与桥梁耦合的条件

3．2．6 插值计算

3．2．7 桥面不平顺的模拟

3．3 本章小结

第四章 拱桥动力响应分析

4．1 拱桥建模及自振特性分析

4．1．1 箭滩河大桥复线桥的基本资料

4．1．2 结构动力学与结构动力仿真分析

4．1．3 分析模型的组成构件及其弹性模量

4．1．4 分析内容及结果

4．1．5 自振频率理论值与实测值的对比分析

4．2 ANSYS中车桥耦合振动的实现方法

4．2．1 位移耦合法

4．2．2 生死单元法

4．2．3 位移接触法

4．3 有限元分析结果

4．4 动力响应实测结果

4．5 理论与实测的比较

4．6 本章小结

第五章 影响冲击系数的因素分析

5．1 桥面平整度

5．1．1 桥面平整度对冲击系数影响的统计分析

5．1．2 箭滩河大桥复线桥桥面波浪状凹槽对其异常振动的影响

5．2 车桥耦合振动

5．2．1 车桥耦合振动对冲击系数影响的统计分析

5．2．2 箭滩河大桥复线桥桥面波浪状凹槽和车桥耦合振动对其异常振动的影响

5．3 车速

5．3．1 车速对冲击系数影响的统计分析

5．3．2 车速对箭滩河大桥复线桥异常振动的影响

5．4 矢跨比

5．4．1 矢跨比对冲击系数影响的统计分析

5．4．2 矢跨比对箭滩河大桥复线桥异常振动的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文的主要工作和结论

6．2 不足和展望

6．3 建议

致谢

参考文献

在学期间的科研成果及发表的论文