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大跨高墩连续刚构桥三维动力响应的时程分析

刘清华  
【摘要】:预应力混凝土连续刚构桥,因为其地形适应性强、设计、施工技术成熟,跨越能力大,造价合理,近年来被广泛采用,已成为预应力混凝土桥梁的主要桥型。随着大跨高墩连续刚构桥在我国的不断发展和应用,与此桥型相关的问题也在被深入的研究和探讨。 桥梁结构的动力问题一直是桥梁工作者们所关心的问题,桥梁结构的动力问题包括桥梁结构的自由振动和桥梁结构的动力响应这两个方面的问题。本文以内昆线上的李子沟特大铁路桥为研究对象,首先用实体结构有限元法分析了其空间自振特性。分析结果表明用实体模型计算的连续刚构桥的自振频率具有很高的精度。接着在李子沟特大桥的瞬态动力学时程分析中,分别建立了实体模型和三维空间梁单元模型,在移动荷载作用下进行了桥梁结构的一系列的对比分析。在建立动力学方程的基础上,采用Newmark积分法,考虑移动荷载速度和桥梁刚度的影响,对移动荷载作用下桥梁的动态响应进行了研究。桥梁主梁在两种不同材料的情况下分别模拟列车以90km/h,120km/h,160km/h三种不同速度通过全桥的情况,分别得出桥梁五跨跨中的挠度,以及跨中截面上下缘的应力时程曲线。 结果表明:该桥自振以纵桥向的弯曲为主,理论计算频率和实测频率很吻合;四个高墩的自振周期满足1959年高墩会议上对高墩自振周期的限制标准;移动荷载作用下挠度曲线是以一定的频率围绕静挠度线的一种类正弦波;从移动荷载对主梁上下缘截面引起的应力时程曲线来看,截面上缘与下缘的应力时程曲线大致关于时间轴对称,应力时程有些滞后,从不同列车速度下时程曲线比较可以发现,速度大小对应力峰值大小的影响不明显。通过对两种模型的计算结果很好的吻合发现:用三维空间梁单元可以很好的模拟桥梁的空间响应,避免了三维实体建模的繁杂,可以节省大量机时。


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