车辆荷载作用下混凝土连续弯箱梁桥动力特性研究

摘要

近年来,随着我国交通事业的飞速发展,大量的桥梁等基础设施随之产生。弯梁桥能够很好的适应各种路线的限制,并且可以满足人们对其美观的要求,同时由于弯梁桥本身独特的结构设计,使其具有了有别于一般直线梁桥的结构特性,与此同时也给其设计、建设和养护带来了很大困难,所以对弯梁桥的结构和受力特点进行研究就显得尤为重要,特别是对于外部车辆荷载作用的研究已经成为了此类桥型最重要的研究项目。鉴于此,本文以单箱双室截面弯梁桥为研究对象,对其在受到车辆荷载作用下的结构动力特性进行研究,主要工作和成果有:
　　(1)基于大型有限元计算软件ANSYS中的Solid65实体单元和Beam189梁单元,分别建立了三跨连续箱型弯梁桥,进行模态计算,并对其前六阶的振型和频率与实测数据进行了比较,可以看出,这两种单元都可以很好的模拟实桥,梁单元更加节省建模和计算的时间;
　　(2)基于车辆动力学和刚体运动学的假设,详细介绍了桥梁动力方程的推导过程;以实际车辆为研究对象,详细介绍了将其简化为双自由度模型的具体过程,对简化的双自由度车辆模型的振动方程进行推导,并求得无阻尼车辆模型自由振动的固有频率计算公式,以东风EQ1168G1载货汽车为例加以验证;
　　(3)由于实际桥面不平整度的存在,行驶在上面的车辆会受其影响产生竖向振动,最终通过车轮施加于桥面上。本文将实际桥面近似为正弦曲线,将此曲线函数代入振动方程,最终求得由于桥面不平整度引起的车辆作用于桥面的动载荷计算公式,并分析研究不同振幅、波长和行车速度对车辆作用于桥面的动荷载大小的影响,得出相关结论;此方法降低了类似车桥耦合问题的难度;
　　(4)应用前面求解得到的车辆动荷载计算公式,研究了单车荷载作用下,弯梁桥曲率半径、车辆行驶偏心和车辆行驶速度等参数变化对弯梁桥内力和位移响应的影响,从而得到一些有用的结论,为进一步探究车桥耦合动力问题提供参考。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2国内外弯梁桥的应用

1.3国内外研究现状

1.4本文研究的主要内容

第二章 结构分析基本理论

2.1弯梁桥的形式和力学特点

2.2桥梁计算模型建立和动力方程推导

2.3车辆力学模型建立和动力方程推导

2.4本章小结

第三章 连续弯箱梁桥动力特性研究

3.1连续弯梁桥的实体模型

3.2运用梁单元模拟弯梁桥

3.3本章小结

第四章 不平整度对车辆动荷载的影响研究

4.1不平整度概述

4.2不平整度确定方法

4.3由桥面不平整度引起的车辆动荷载研究

4.4本章小结

第五章 连续弯箱梁桥车桥耦合振动影响因素研究

5.1桥梁曲率半径的影响

5.2车辆偏心行驶的影响

5.3车速变化的影响

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文

致谢