钢筋混凝土梁桥在车辆荷载谱作用下的动力性能分析

摘要

钢筋混凝土桥梁随着运营时间的不断增长，混凝土开裂、钢筋锈蚀、承载能力下降。许多运营桥梁包括按抗裂度设计的有限预应力混凝土桥梁在使用阶段出现裂缝，并随着车辆荷载的反复作用，裂缝不断扩展。从设计方面讲，桥梁是按恒荷载、活荷载的最不利情况组合，采用静力强度设计的，而实际运营中的桥梁承受的是日常各种荷重车辆的反复作用。桥梁的整个生命期就是车辆反复作用的累积损伤过程。在荷载的反复作用下，桥梁结构将发生疲劳损伤，甚至发生破坏。研究车辆荷载谱作用下钢筋混凝土桥梁的力学性能显得十分必要。本文首先探讨了车辆荷载谱的建立问题，利用前人的研究成果，编制车辆荷载谱模拟程序，构造不同运营状态下的车辆荷载谱，利用有限元程序将模拟所得荷载谱加载到混凝土简支T型梁桥上，分析了单车道偏载、单车道中载、双车道同向、双车道相向情况下该模型的空间动力响应，并研究了车速对冲击系数的影响；同时建立了T型梁有限元实体模型，分析了车辆荷载谱作用下梁的疲劳开裂、压区混凝土以及拉区钢筋的应力时间历程等问题。 分析表明：利用计算机模拟车辆荷载谱，并将其加载到有限元模型上，进而分析桥梁的力学性能是可行的。车速对冲击系数的影响是一个非常复杂的过程，车辆在高速和低速时均有峰值出现，总体呈波动上升趋势；桥梁在车辆荷载谱作用下，边跨梁的振动要比中间跨强烈，横向振动微弱，车流方向对桥梁振动的影响不大。车辆荷载谱作用下T型梁动挠度大于设计荷载及验算荷载静载作用下的挠度，但在设计规范规定的挠度范围之内；疲劳寿命可达2×106，但不超过2×107；压区混凝土应力能够满足混凝土结构设计规范GB50010-2002关于疲劳验算的规定，但拉区钢筋应力不能够满足该规范关于疲劳验算的规定，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ023-85和JTGD62-2004设计的桥涵均需要进行疲劳强度验算。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1论文背景、意义及研究对象

1.2本文的研究内容

第二章桥梁荷载谱

2.1荷载谱概述

2.2公路桥梁车辆荷载谱的建立

2.3汽车典型车辆模型的建立

2.3.1交通调查

2.3.2汽车典型车辆模型的建立

2.4车辆荷载谱的计算机模拟

2.4.1 MATLAB程序简介

2.4.2 ANSYS程序二次开发简介

2.4.3 MATLAB下随机车辆荷载谱的构造

2.4.4ANSYS程序实现随机车辆荷载谱加载

2.5本章小结

第三章荷载谱作用下梁式桥动力响应分析

3.1有限元模型的建立

3.1.1单元选取

3.1.2参数设定

3.1.3有限元模型

3.2模态分析

3.3车速对桥梁冲击系数的影响

3.4荷载谱作用下桥梁空间动力响应分析

3.4.1一般运营状态下桥梁空间动力响应分析

3.4.2密集运营状态下桥梁空间动力响应分析

3.5本章小结

第四章ANSYS程序模拟钢筋混凝土试验验证

4.1 ANSYS程序计算混凝土结构的原理

4.1.1单元类型

4.1.2钢筋混凝土有限元模型

4.1.3混凝土材料性质

4.1.4钢筋材料性质

4.2 ANSYS程序模拟钢筋混凝土实验验证

4.2.1单元类型选择

4.2.2材料参数

4.2.3模型建立

4.2.4计算结果对比分析

4.3本章小结

第五章荷载谱作用下T型梁动力性能分析

5.1有限元模型的建立

5.1.1 T型梁截面尺寸和几何参数

5.1.2材料模型

5.1.3有限元模型

5.2梁的静力分析

5.3车辆荷载谱作用下梁的动力性能分析

5.4车辆荷载谱作用下梁的疲劳分析

5.4.1混凝土疲劳破坏原理

5.4.2钢筋疲劳破坏原理

5.4.3 T型梁疲劳性能分析

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果