公路混凝土曲線連續(xù)梁橋在移動(dòng)車輛作用下的動(dòng)反應(yīng)研究.pdf

1、混凝土曲線連續(xù)梁橋作為大型互通立交樞紐的重要組成部分，應(yīng)用越來越廣泛。由于受力較為復(fù)雜和設(shè)計(jì)缺乏明確規(guī)范條文指導(dǎo)，我國(guó)混凝土曲線梁橋在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)事故還時(shí)有發(fā)生，使得混凝土曲線梁橋設(shè)計(jì)值得研究和關(guān)注。動(dòng)載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)評(píng)估中的應(yīng)用日益增多，實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中需要進(jìn)行動(dòng)力加固的混凝土曲線連續(xù)梁橋也不時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)動(dòng)載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)加固效果進(jìn)行評(píng)估都需要進(jìn)行車-橋振動(dòng)研究。而傳統(tǒng)的車-橋相互作用分析方法因其建模困難而難以在實(shí)際工程中采用，建立一

2、種簡(jiǎn)單而實(shí)用的移動(dòng)車輛荷載引起的混凝土曲線連續(xù)梁橋動(dòng)反應(yīng)計(jì)算方法，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用有著重要價(jià)值。
　　本文采用的車橋相互作用分析方法是將曲線梁橋和車輛視為兩個(gè)分離的獨(dú)立的振動(dòng)系統(tǒng)。在求解車輛振動(dòng)方程時(shí)，引入隨機(jī)過程理論，經(jīng)過求解和推導(dǎo)得到了作用于橋面的輪胎沖擊荷載的功率譜密度函數(shù)。然后基于此功率譜密度函數(shù)，采用諧波疊加法，直接構(gòu)建車輪與橋面之間的接觸力，并用MATLAB軟件編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。最后，建立混凝土曲線連續(xù)梁橋的有限元模

3、型，將構(gòu)建生成的輪胎動(dòng)載信號(hào)樣本序列作為橋梁振動(dòng)方程的輸入，采用直接積分法或振型疊加法進(jìn)行數(shù)值求解，即可得到混凝土曲線連續(xù)梁橋的動(dòng)響應(yīng)。并用實(shí)橋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所采用分析方法和動(dòng)力分析模型的可行性和可靠性。
　　研究了橋面不平度和車輛行駛速度、曲線半徑、支座布置形式、中支座外偏等因素對(duì)混凝土曲線連續(xù)梁橋動(dòng)反應(yīng)的影響。研究表明:橋面不平度和車輛行駛速度影響顯著，隨著橋面狀況的惡化，作用于橋面的輪胎動(dòng)載顯著增大;當(dāng)橋面不平度和速度固定

4、不變時(shí)，最不利布載情況下（汽車荷載外偏行駛）端支點(diǎn)截面扭矩動(dòng)力系數(shù)受支座布置方式的影響最為顯著，曲線半徑影響程度次之，中支座外偏影響程度較小;動(dòng)力系數(shù)整體呈現(xiàn)以下規(guī)律:支點(diǎn)截面扭矩動(dòng)力系數(shù)＞支點(diǎn)截面負(fù)彎矩動(dòng)力系數(shù)＞跨中位移動(dòng)力系數(shù)＞跨中截面正彎矩動(dòng)力系數(shù)。
　　以鉆孔灌注法施工的摩擦樁為對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種在通用有限元程序中構(gòu)建樁基礎(chǔ)有限元模型的方法，該方法中考慮了樁-士間的相互作用影響。針對(duì)“墩-梁固結(jié)”類型的混凝土曲線梁橋研究了移

5、動(dòng)車輛荷載作用下固結(jié)墩和固結(jié)墩樁基礎(chǔ)的參數(shù)變化對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)反應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:固結(jié)墩直徑、固結(jié)墩高度對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)反應(yīng)的影響比樁基礎(chǔ)剛度對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)反應(yīng)的影響顯著;汽車橫向作用位置對(duì)彎矩和位移動(dòng)力系數(shù)幾乎沒有影響，但對(duì)支點(diǎn)扭矩動(dòng)力系數(shù)影響明顯;相比較于普通混凝土曲線連續(xù)梁橋，車輛橫向作用位置對(duì)“墩-梁固結(jié)”型的混凝土曲線梁橋的扭矩動(dòng)力系數(shù)的影響要更大。
　　基于振型能量理論，給出了一種判定橋跨結(jié)構(gòu)的各階“彎扭耦合”振型以豎彎（

6、或扭轉(zhuǎn)）為主的方法。按此方法確定出混凝土曲線連續(xù)梁橋橋跨結(jié)構(gòu)的振型主方向后，可將其頻率區(qū)分為豎彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率。然后分析了曲線半徑、支座布置形式、單跨跨徑、一聯(lián)跨數(shù)、中支座外偏、固結(jié)墩參數(shù)、固結(jié)墩樁基礎(chǔ)剛度等因素對(duì)自振頻率的影響，研究結(jié)果表明:曲線半徑、支座布置形式、單跨跨徑、一聯(lián)跨數(shù)等因素對(duì)混凝土曲線連續(xù)梁橋低階豎彎頻率的影響與對(duì)低階扭轉(zhuǎn)頻率的影響有較大差異;固結(jié)墩參數(shù)變化對(duì)低階扭轉(zhuǎn)頻率的影響比對(duì)低階豎彎頻率的影響要大一些;固結(jié)墩樁基