考慮車橋耦合的拱橋吊桿體系安全及耐久性研究.pdf

1、拱橋結構在當代橋梁建設中得到越來越多的應用，這一橋型的安全性和耐久性問題也日益突出，其中，在中下承式拱橋中以吊桿體系的問題最為顯著。近年來發(fā)生的多起拱橋坍塌事故，大多是由于吊桿體系發(fā)生破壞所導致。研究發(fā)現(xiàn)，在大量的吊桿體系破壞實例中，常常是以短吊桿失效為主，或短吊桿首先發(fā)生失效。影響吊桿體系耐久性的原因是多方面的，如腐蝕、疲勞等因素。一般地，可以認為同一拱橋上各吊桿所處的自然環(huán)境是相同的，長短吊桿之間這種耐久性上的差異，主要是由于車輛荷

2、載產(chǎn)生的動力效應不同而導致。因此，有必要通過詳盡的分析，研究拱橋吊桿體系的安全及耐久性問題。本文在考慮車橋動力耦合的基礎上，分析了吊桿體系尤其是短吊桿易于破壞的機理，深入研究了提高吊桿體系耐久性及保障吊桿體系安全性的設計方法。主要內(nèi)容如下:
　　首先，建立車橋耦合動力分析模型。分別建立了大跨度拱橋三維有限元結構模型、空間多軸車輛模型和路面不平度模型并由三個模型組成車橋耦合動力分析模型，進行車橋耦合分析。通過橋梁靜動態(tài)響應的計算結果

3、與橋梁荷載試驗實測結果的比較，驗證了所建立的拱橋動力分析模型，保證了模型的可行性。
　　其次，基于所建立的考慮車橋耦合的動力分析模型，對吊桿體系的動力響應進行分析。通過對吊桿應力沖擊效應、彎曲效應的計算分析，研究了不周車速、車重、路面不平度以及車輛加速度對吊桿動力響應的影響。研究表明，車輛荷載對吊桿體系產(chǎn)生顯著的沖擊效應和彎曲效應，進而在吊桿截面產(chǎn)生較大的應力變幅和明顯的不均勻應力分布，使吊桿體系易于疲勞破壞。短吊桿截面應力水平高

4、于長吊桿，受沖擊作用更為顯著，因而更易疲勞破壞。
　　然后，基于本文所揭示的短吊桿更易疲勞破壞的工作機理，提出了吊桿體系的等剛度模型來提高吊桿體系的耐久性。通過調(diào)整吊桿體系軸向剛度來改善短吊桿在車輛荷載作用下的受力條件，提高短吊桿的抗沖擊性能，延長短吊桿使用壽命，進而提高整個吊桿體系的耐久性。同時，基于實際監(jiān)測車流統(tǒng)計模型所建立的車速車重聯(lián)合分布模型，建立車流荷載并通過車流加載分析，對等剛度模型中吊桿體系的耐久性進行了評估。

5、>　　最后，針對吊桿體系失效難以預測的問題，通過增設預警吊桿，提出了具有預警與破損安全功能的新型雙吊桿體系模型?；谠撃Ｐ?，探討了面向疲勞壽命的體系設計方法。通過使用壽命設計使吊桿體系具備以下性能:(1)預警吊桿與工作吊桿具有經(jīng)濟合理的疲勞壽命差;(2)預警吊桿破損時，保證工作吊桿的安全和整體結構形態(tài)正常。從而提高了吊桿體系安全運營的可靠性。通過調(diào)整預警吊桿初始應力來實現(xiàn)與工作吊桿之間的疲勞壽命差異。通過車流加載進行疲勞壽命分析，對預警