考虑车辆作用的曲线梁桥地震动力响应特性研究

摘要

由于地震发生难以预测，当桥梁遭遇地震时桥上存在运营车辆的情况较为常见。当车辆过桥时，由于车桥耦合关系，车桥系统下的地震响应与单独桥梁的地震响应会存在一定的差异性。与直线梁桥相比，曲线梁桥的弯扭耦合效应与空间动力特性使得车辆作用对桥梁地震响应的影响变得更加复杂。现行公路与城市桥梁抗震设计规范中，尚无关于曲线梁桥抗震设计中是否考虑车辆作用的相关规定。开展考虑车辆作用下的曲线梁桥地震动力响应特性研究，对于该类桥型的抗震设计与分析具有重要的理论意义与实用价值。为此，本文以曲线梁桥为对象，开展了考虑车辆动力作用及其关键参数影响的该类桥梁地震动力行为特性研究。获得的主要研究结果如下：
　　首先，利用模态综合法建立了曲线梁桥的车桥耦合动力方程，基于MATLAB编写了适用于曲线梁桥的车桥动力分析程序。以一座曲线高墩钢管混凝土桁架梁桥为例，利用该桥的现场试验结果，对所编写的分析程序进行了验证。利用该程序，系统分析了车速、路面平整度、车辆数和车辆行驶位置等参数对该桥例的整体和局部冲击效应及行车舒适性的影响。结果表明现行规范大幅低估了该桥的车辆冲击效应，其局部构件的冲击系数因位置不同差异较大；此外，该桥行车舒适性相对较差。
　　然后，给出了人工地震波的生成方法，基于模态综合法建立车辆-地震-桥梁相互作用动力分析方程，并编写了相应的地震-车-桥动力分析程序。以一座四跨混凝土曲线连续箱梁桥为例，基于该桥缩尺模型地震振动台试验结果，对所建立的方法和动力分析程序进行了间接验证。结果表明所建立的车-地震-桥梁动力分析方法和程序具有较高的分析精度和适用性，可用于后继的考虑车辆作用下的桥梁地震动力响应分析研究。
　　最后，以一座四跨混凝土曲线连续箱梁桥为例，利用所编写的动力分析程序，分析了不同地震波及输入角度条件下，车辆作用对桥梁地震动力响应的影响，并系统研究了车重、车速、地震动峰值、场地条件和桥墩墩高等关键参数变化时，车辆作用对曲线梁桥地震动力反应的影响特点和规律。研究结果表明：车辆作用对曲线梁桥地震反应的影响显著，抗震分析中应考虑车辆作用的不利影响；考虑车辆作用的不利影响时，应将地震沿边墩连线和边墩垂线方向输入；随着车重和车速的提高，车辆作用对桥梁地震响应的影响呈增大趋势。此外，随地震动峰值提高，车辆作用的不利影响幅度会降低；特定场地条件下，车辆作用可产生对桥梁地震反应有利的响应，且地震波频率分布集中时，车辆作用的影响较大；车辆作用对桥梁地震响应的影响与桥墩高度的变化无明显相关性，规律较为复杂。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 曲线梁桥车桥耦合振动分析与工程应用

2.1 引言

2.2 曲线梁桥车桥耦合振动分析原理

2.3 工程实例验证

2.4 干海子特大桥车载动力特性分析

2.5 本章小结

第3章 车辆与地震作用下曲线梁桥动力分析方法

3.1 引言

3.2 地震动特性

3.3 地震动的输入

3.4 桥梁地震响应分析方法

3.5 考虑车辆作用的桥梁地震响应分析方法

3.6 车辆与地震作用下桥梁地震响应分析方法的间接验证

3.7 本章小结

第4章 车辆作用对曲线梁桥地震动力反应影响分析

4.1 引言

4.2 车辆作用对曲线梁桥地震动力响应的影响分析

4.3 关键车辆参数和作用模式对桥梁地震动力响应的影响

4.4地震动参数对车-地震联合作用下桥梁动力响应的影响分析

4.5墩高对车-地震作用下桥梁动力响应的影响

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢