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动态载荷作用下桥梁结构动态响应分析

白福春  
【摘要】:动态载荷作用下的桥梁结构可能会产生振动、变形和破坏等一系列问题。由于实际桥梁工程结构复杂多样,而简支梁桥由于其成本低、施工简单、可预制、施工快、结构体系简单可靠等一系列优点被广泛应用,本文将大幅简化桥梁结构为简支梁,对其进行较为详细的动态响应分析,其研究成果也可广泛适用于简支梁桥,在结构概念设计的初始阶段为其动态拓扑设计提供必要的基础。首先,在正弦荷载作用下研究简支梁的应力和位移的变化规律,力的大小以及力的作用点分别变化和同时变化时对结构的影响。经归结,得出如下的研究成果:第一、简支梁对力大小的响应在固有频率时最大,由该频率值向两边递减,其中在低频段,其响应与载荷的频率变化响应值同步,而在高频段,简支梁的响应延迟较为明显。第二,当载荷移动时,随着移动速度的加快,少数节点的响应变化呈现出先增后减的特点;若撤销载荷,其响应并未即刻消失,而是持续变化,其数值甚至更大。第三,简支梁所受到的力大小以及作用点均变化时,其上载荷运动较慢时,速度对其响应值变化最为明显;其上载荷速度中等时,角频率对其响应值最为显著;其上载荷运动很快时,角频率以及速度等均会引起相对应的响应,在实际的研究当中不可忽略。其次,对简支梁进行模态分析和瞬态动力分析,即先基于离散法,对简支梁做出节点划分,然后将在对应的节点施加移动载荷,随后展开模态分析,分析移动载荷与简支梁结构固有频率的对应变化;随后加入简谐载荷,并更改移动载荷所在的位置,展开瞬态动力分析,获取到节点位移最大状态时,各个节点所对应的位移值并做绝对值处理。与此同时,比较两类结果。在简支梁上施加移动载荷,梁的振型和固有频率改变相似。移动载荷施加在梁的阵型节点处不能改变梁的频率;施加在阵型波峰处使梁频率变化最明显;在梁上施加定位简谐载荷之后,瞬态位移绝对值与未加移动载荷时相比,前者之和总会大于后者。在前文的基础上,在简支梁上安放阻尼器,并展开瞬态动力分析以及有阻尼模态分析,从中指出了阻尼安放位置不同,频率也随之改变;无阻尼时固有频率并不随阻尼器位置变化而变化。有阻尼时,各点挠度绝对值之和出现变化,阻尼系数越大,改变越明显。最后,将应力波理论以及ANSYS分析引入到本选题的研究,对纵波和弯曲波的理论波速做出了针对性的分析,获取到了相对应的波速值。其中,经验证以及对比,在ANSYS分析中,所获取到的纵波传播速度数值有效且可信的,但所获取到的弯曲波传播速度数值与理论计算值误差较大。


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