大跨度轻型钢管混凝土拱桥自振特性分析与车桥耦合振动研究

摘要

钢管混凝土这种材料的出现，为桥梁的发展开启了新篇章。钢管混凝土构件是将钢管内填充满某个等级的混凝土，然后导致钢管中的混凝土因为钢管壁对它的阻碍无法自由膨胀，使得内填的混凝土承受三向压迫，从而混凝土的抗压性能获得很大的提升。由于混凝土它在性能方面的优点促使拱桥朝着大跨度、轻质量发展。桥梁结构的振动一般可以分为地震作用、风致作用以及车桥耦合振动。随着桥梁跨度的不断增大和高性能的广泛应用，近年来，车辆与桥梁的相互耦合作用产生的问题愈加不容忽视了。本文在国家自科基金项目(NO51278069)资助下，以合江长江一桥为背景，研究了中承式钢管混凝土拱桥相关动力特性。
　　本文开头介绍了钢管砼拱式桥的发展历史以及现状，概述了钢管混凝土拱式桥自振特性以及车桥耦合研究的现状。然后探讨了钢管砼拱桥的建模方法，通过两种不同的钢管砼的模拟方法下模型动力特性的比较，得知迈达斯和ansys两种有限元软件建模的差异性很小,为接下来的工作打下基础。
　　桥梁的自振特性是动力分析中最基本的研究。本文采用模态分析的方法，研究大跨度轻型钢管混凝土拱式桥的自振特性，并且对比分析主要结构参数、设计参数的改变对拱式桥动力特性特性的影响。
　　最后，利用迈达斯中时程分析，将车辆荷载简化成三角形荷载的匀速常量移动荷载，模拟分析了不同车速、不同车辆间距以及车辆载重等情况下桥梁的动力响应。对于拱桥的冲击系数也做了讨论，得到有利于实际应用的结论。

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第1章 绪论

1.1钢管砼轻型拱桥的发展现状

1.2钢管砼拱桥自振特性研究动态

1.3 车桥耦合振动的研究意义

1.4 本文的主要内容

第2章 钢管混凝土拱桥的建模方法

2.1钢管混凝土的计算理论方法

2.2钢管砼构件的两种有限元软件模拟方法

2.3钢管混凝土拱桥的模型简化

2.4 合江长江一桥的工程概况

2.5钢管砼构件两种有限元模拟方法比较

2.6本章小结

第3章 中承式轻型钢管砼拱桥自振特性研究

3.1桥梁动力分析的理论及方法

3.2动力学的有限元数值分析法

3.3合江长江一桥自振特性分析

3.4各设计参数对合江长江一桥自振特性影响分析

3.5本章小结

第4章 钢管砼轻型拱桥车桥耦合振动研究

4.1简单的车桥系统耦合运动方程

4.2车桥系统耦合振动方程常用计算方法

4.3简支梁算例

4.4车桥耦合振动分析

4.5本章小结

结语

4.6全文总结

4.7建议与展望

参考文献

致谢