预应力混凝土梁桥在移动车辆荷载作用下的动力特性研究

摘要

预应力结构能有效改善混凝土的抗裂性能,提高结构的刚度和耐久性,并充分发挥材料的高强度性能,从而得到显著的社会和经济效益。在各种工程结构物中应用广泛。桥梁结构在各种移动车辆荷载作用下的振动是影响桥梁正常使用和安全的重要因素。桥梁的设计计算必须考虑移动车辆荷载对桥梁的动力冲击作用(动力系数),对于预应力大跨度桥梁显得更为重要。 本文以预应力混凝土简支梁桥为研究对象,系统地介绍了预应力混凝土梁桥的基本概念、受力特点,以及国内外对车桥动力相互作用的研究现状和发展前景。 基于梁在受轴向力作用对梁横向振动的影响特性,针对不同的预应力钢筋的布置形式,建立相应的预应力梁的动力微分方程式。通过力法推导出了预应力钢筋在不同线型布置时梁的固有频率计算公式,并得出了影响预应力梁固有频率的主要因素。 本文将移动车辆作为移动集中荷载作用于桥梁上,并假设车轮与桥梁路面板紧密贴合,建立了预应力钢筋混凝土梁在纵横耦合作用下的横向振动微分方程,通过求解得到了其横向动力响应挠度、速度和加速度的近似表达式,得出了横向荷载不同移动速度时的动力挠度曲线、速度曲线以及加速度曲线,并对是否考虑预应力时的动力效应进行了比较。 考虑梁的剪切变形和几何非线性的影响,建立了预应力钢筋混凝土梁在移动荷载作用下的动力学分析方程式；应用增量谐波平衡法,将非线性方程线性化,求解分析梁在移动车辆荷载作用下的动力响应；对预应力梁在不同车辆荷载外激励力作用下时的动力响应进行了分析研究,计算了大变形下的预应力变化时梁的幅频响应曲线和荷载与动位移的非线性关系曲线,为预应力混凝土桥梁的设计和动力特性分析提供了理论依据。