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移动汽车荷载作用下混凝土连续曲线箱梁桥的冲击效应与整体冲击系数研究

丘方明  
【摘要】:混凝土曲线梁桥目前已被广泛应用于国内外高速公路的跨线互通、大跨桥梁的桥头引道和大型立体交叉中。然而,当前国内外对混凝土曲线梁桥冲击系数的相关研究较少,各国现行的桥梁设计规范也未对曲线梁桥冲击系数的取值作出专门的规定,能否将现行桥规中针对直桥的冲击系数计算公式直接运用于曲线梁桥,受到许多研究者的质疑。本文针对在我国得以大量建设的混凝土连续曲线箱梁桥,研究其自振特性及其在移动车辆荷载作用下的冲击效应和整体冲击系数的计算方法。论文的主要工作和结论如下:(1)根据三跨连续混凝土曲线箱梁桥常用的设计参数取值范围,设计了一座代表性的三跨连续基准桥,采用空间板壳单元,建立了相应的有限元模型。以其作为基准模型,分析跨径比、跨宽比、跨高比、曲率半径以及横隔板厚度等参数变化对三跨连续混凝土曲线箱梁桥特征频率的影响规律。分析结果表明,跨径比和跨高比对竖弯基频的影响较大,其它参数的影响则基本可以忽略;跨径比、跨宽比和跨高比对扭转基频影响较大,其它参数对扭转基频的影响很小。(2)搜集了32座在役混凝土连续曲线箱梁桥的设计资料,对其进行了动力特性分析。在直桥竖弯基频规范计算公式的基础上,通过对计算结果的多元回归分析,提出了混凝土连续曲线箱梁桥竖弯基频的简化计算公式。(3)采用12个自由度的三轴三维车辆模型,将桥梁结构简化为多自由度系统模型,并综合考虑路面不平度及其导数项的影响,利用ANSYS软件的APDL语言,编制了车桥耦合振动分析程序。采用所编制的程序,考虑桥面不平度、曲率半径、桥梁结构阻尼、轮胎刚度和阻尼、车辆行驶偏心等因素的影响,对本文所建立的三跨连续基准桥进行车桥耦合振动响应的参数分析。分析结果表明,桥面不平度是影响桥梁冲击效应的主要因素,随桥面状况的恶化,车辆对桥梁的冲击效应显著提高,其它各参数对冲击效应的影响则相对较小。(4)通过对整体冲击系数的分布规律分析,建议以中跨跨中截面箱梁底板中心处的纵向正应力冲击系数作为混凝土连续曲线箱梁桥上部结构的整体冲击系数代表值,以墩柱轴力冲击系数作为下部结构的整体冲击系数代表值;研究表明,上部结构和下部结构的整体冲击系数不能用同一个公式来涵盖。通过对32座在役混凝土连续曲线箱梁桥的车桥耦合振动响应分析,采用分析结果的上界包络线法,给出了在不同桥面不平度等级下混凝土连续曲线箱梁桥整体冲击系数的简化计算公式。


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