列车荷载作用下中承式拱桥吊杆动力响应研究

摘要

中承式钢管混凝土拱桥的刚度较大、结构轻盈，在车辆荷载的作用下桥梁动力响应明显，尤其对于大跨度的铁路拱桥，一些高强度材料的使用使得桥跨结构的一些构件较为纤细，荷载作用下的局部振动的不断累积导致局部构件的损伤，因此车辆通过时引起的局部振动问题不容忽视。本文以某主跨202m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景，建立精细的全桥空间有限元动力分析模型，采用车-线-桥耦合振动分析理论对车辆荷载作用下的吊杆的动力响应进行分析，研究了吊杆局部的动力行为。
　　论文首先简要介绍了铁路拱桥主要的结构形式以及在国内外的发展状况，接着阐述了吊杆局部振动的计算理论及计算方法，根据该中承式拱桥的工程背景及具体的结构设计参数，详细叙述了全桥空间有限元动力分析模型的建立。根据所建立的动力分析模型，对吊杆在运营状态下的动轴力响应、动弯矩响应进行分析。研究发现在车辆运行条件下吊杆的长度越小其对车辆活载的敏感性越强;随着行车速度的增大，短吊杆的活载应力幅逐渐增大，跨中长吊杆应力幅略有增加，但总体变化不大。柔性吊杆也具有一定的抗弯刚度，吊杆内的次弯矩引起截面应力分布不均匀，明显增大活载应力幅;从吊杆的内力响应情况看来，车辆的加载频率对吊杆动轴力的影响较小，对次弯矩的影响较大。动力系数是用来描述车辆荷载对桥梁的动力作用，通过对吊杆在车辆活载作用下的动力效应分析发现，吊杆局部的动力系数明显高于按主梁动挠度计算的结构整体的动力系数，吊杆的动力系数存在明显的局部性。
　　采用车-线-桥耦合振动分析理论对车辆荷载作用下的吊杆的动力响应进行分析，可以得到吊杆运营时的较为真实的动力行为，其计算结果不仅可以为吊杆的疲劳设计提供参考，也可以在成桥运营时规范车辆的运行，减小桥梁的损伤。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 拱桥吊杆的功能及分类

1．2 吊杆局部振动的研究现状

1．3 本文的研究目的、意义及主要工作

第2章 吊杆车致振动的动力分析模型

2．1 工程背景

2．2 车-线-桥耦合动力仿真分析模型

2．2．1 机车车辆计算模型

2．2．2 桥梁计算模型

2．2．3 轨道计算模型

2．2．4 车线桥振动方程及求解

本章小结

第3章 桥梁自振特性分析

3．1 全桥自振特性分析

3．2 吊杆自振特性分析

本章小结

第4章 吊杆车致振动内力响应分析

4．1 吊杆动轴力响应

4．1．1 吊杆长度的影响

4．1．2 行车速度的影响

4．2 吊杆次弯矩响应

4．2．1 吊杆长度的影响

4．2．2 行车速度的影响

4．3 吊杆动力效应分析

4．3．1 吊杆长度的影响

4．3．2 行车速度的影响

本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目