波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥车桥耦合振动研究

摘要

波形钢腹板组合箱梁桥与混凝土腹板箱梁桥相比，由于其诸多的优点，近年来在桥梁建设中被广泛使用。其结构形式由最初的简支梁发展为现在的连续梁桥、连续刚构桥、斜拉桥、组合结构等，其中波形钢腹板组合箱梁连续梁桥、连续刚构桥使用最为广泛。对于这种新型结构，许多学者对其静力性能已经做了深入的研究，并取得丰硕的成果。但对其动力性能方面的研究依然不足，目前波形钢腹板组合箱梁桥动力性能的研究主要针对简支梁桥展开，其次针对连续梁桥，而对于波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥动力性能研究的相关文献很少。
　　由于波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的跨度越来越大，现代交通的车流量和载重量都有很大的增长，该桥型在车辆荷载作用下的动力响应很明显。为了保证行车的安全性和舒适性，研究波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的动力性能是非常必要的。本文以兰州市北环路小砂沟大桥为工程背景，研究波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的动力特性及车桥耦合振动响应，主要工作及结论如下:
　　(1)总结了桥梁动力分析的原理及方法，重点阐述了有限元法在结构动力分析中的应用。选取了7自由度两轴空间整车模型和9自由度三轴空间整车模型，建立了车辆运动方程及车桥耦合振动系统运动方程。
　　(2)采用有限元软件ANSYS建立了波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的空间全桥有限元模型，对其动力特性进行了分析，并与混凝土腹板连续刚构桥动力特性对比分析表明:波形钢腹板连续刚构桥的竖向刚度略小于混凝土腹板连续刚构桥，其横向抗弯刚度和扭转刚度相比于混凝土腹板连续刚构桥有明显的下降。
　　(3)将ANSYS建立的空间全桥有限元模型导入多体系统动力学软件UM中，并在UM中建立车辆模型，生成不同等级的路面不平顺度。
　　(4)设定相关参数，分析车速、桥面不平顺、车辆载重量及车辆轴数对波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的动力响应。发现车速的增大、桥面不平顺等级的降低、车辆载重量的增大都会加剧波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的车桥耦合振动。三轴车对车桥耦合振动的影响大于两轴车。波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥的车桥耦合振动比混凝土腹板连续刚构桥的要明显。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 波形钢腹板PC组合箱型梁桥的发展概述

1．2 波形钢腹板预应力组合箱型梁桥优缺点

1．3 波形钢腹板预应力组合箱型梁桥在国内外的应用现状

1．3．1 在国外的发展情况

1．3．2 在国内的发展情况

1．4 公路桥梁车桥耦合振动的研究现状

1．5 本文研究的主要内容及技术路线

2 车桥耦合振动模型及运动方程的建立

2．1 桥梁结构动力学分析原理

2．2 桥梁运动方程的建立

2．2．1 动力方程

2．2．2 阻尼矩阵

2．2．3 质量矩阵

2．2．4 动力特性求解方法

2．3 车辆运动方程的建立

2．3．1 车辆模型的基本假定

2．3．2 车辆模型的选取

2．3．3 运动方程的建立

2．4 车桥耦合运动方程的建立

2．5 车桥耦合动力方程的求解方法及分析流程

2．5．1 车桥耦合动力方程的求解方法

2．5．2 车桥耦合动力响应分析流程

2．6 本草小结

3 波形钢腹板变截面组合箱梁连续刚构桥的动力特性分析

3．1 工程背景

3．1．1 主桥构造

3．1．2 材料属性及其基本参数

3．1．3 桥梁结构参数

3．2 有限元模型的建立

3．3 全桥自振特性分析

3．4 波形钢腹板连续刚构桥与混凝土腹板连续刚构桥自振特性对比分析

3．4．1 建立混凝土腹板连续刚构桥

3．4．2 两种桥型自振特性对比分析

3．5 本章小结

4 波形钢腹板连续刚构桥车桥耦合振动分析

4．1 车速对波形钢腹板连续刚构桥动力响应的影响

4．2 桥面不平顺对波形钢腹板连续刚构桥车桥耦合的影响

4．3 载重对波形钢腹板连续刚构桥车桥耦合的影响

4．4 车辆类型对波形钢腹板连续刚构桥车桥耦合的影响

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果