基于梁格法的剛構(gòu)拱橋靜動(dòng)力力學(xué)性能分析.pdf

1、隨著中國高速鐵路梁橋的快速發(fā)展和行車速度不斷提升，越來越多的大跨度橋梁的被應(yīng)用于橋梁建設(shè)之中，這些都對(duì)數(shù)值仿真模擬計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)特性提出了必然的要求?，F(xiàn)有的橋梁有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算中主要依托單一梁體模型和精細(xì)化的橋梁實(shí)體模型進(jìn)行計(jì)算，但單一梁體模型不能反應(yīng)細(xì)部結(jié)構(gòu)變化，模型較為“粗糙”實(shí)體模型隨著橋梁跨度的增加，節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)量的增多會(huì)產(chǎn)生巨大的計(jì)算量，不便于進(jìn)行研究計(jì)算。因此需要針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化模型計(jì)算。剪力柔性梁格法是針對(duì)混凝土橋梁較為常

2、用的橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法之一，但其簡(jiǎn)化過程是基于結(jié)構(gòu)各項(xiàng)剛度進(jìn)行的靜力簡(jiǎn)化，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是否與原結(jié)構(gòu)一致還有待驗(yàn)證。因此，針對(duì)以上問題，本文著力于梁拱組合橋靜動(dòng)力性能分析及其研究，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作。
　　(1)系統(tǒng)梳理了梁拱組合橋的國內(nèi)外的工程案例以及發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)近年來國內(nèi)外拱橋有限元分析成果、穩(wěn)定理論等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)概述。介紹和梳理了本文研究所要使用的梁格計(jì)算理論和多體動(dòng)力學(xué)相關(guān)建模理論，為計(jì)算和研究奠定理論基礎(chǔ)。<

3、br>　　(2)基于高速鐵路常用橋梁結(jié)構(gòu)的剛構(gòu)拱組合橋進(jìn)行有限元計(jì)算，分別建立了單一梁體模型和梁格模型，對(duì)兩種模型的靜動(dòng)力特性進(jìn)行了驗(yàn)證，通過靜力特性對(duì)比驗(yàn)證了模型計(jì)算的可靠性，通過模態(tài)分析對(duì)比兩類模型結(jié)果差異，通過模態(tài)的數(shù)值和形狀對(duì)比驗(yàn)證梁格模型可用于動(dòng)力計(jì)算。
　　(3)將有限元軟件MIDAS/CIVIL中計(jì)算的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)果，導(dǎo)入有限元軟件ANSYS中并與多體動(dòng)力學(xué)軟件UM結(jié)合起來，計(jì)算了基于梁格法建模的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)，

4、并根據(jù)規(guī)范對(duì)車輛的走行性進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證了車輛在150km/h～250km/h行駛速度下，車輛豎向加速度最大值為1.118m/s2，橫向加速度最大值為0.862m/s2，輪對(duì)的減載率最大值為0.372，脫軌系數(shù)最大值為0.218，輪重減載率小于第二限度0.6。車輛脫軌系數(shù)小于第二限度1.0，列車能安全行駛通過橋梁。橋梁中跨跨中的豎向撓度最大值為6.096mm，橫向撓度值為5.092mm，均滿足預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁豎向撓度要求和橋梁橫向振幅要

5、求限值。橋梁、車輛響應(yīng)結(jié)果均滿足走行性安全標(biāo)準(zhǔn)，車輛能夠安全行駛通過基于梁格簡(jiǎn)化的橋梁結(jié)構(gòu)。
　　(4)以基于梁格法的模型基礎(chǔ)參數(shù)入手，研究結(jié)構(gòu)在變參數(shù)下的梁格結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化。對(duì)剛度、拱肋剛度變化下的結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的數(shù)值和形狀變化進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)中拱肋剛度變化對(duì)結(jié)構(gòu)自振特性影響相對(duì)較大，變參數(shù)下的結(jié)構(gòu)自振特性只發(fā)生了數(shù)值變化，未出現(xiàn)振型形狀變化。
　　(5)對(duì)比在不同時(shí)速下，橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其車橋耦合響應(yīng)結(jié)果的