波形钢腹板连续梁桥的车辆荷载动态响应分析（论文）.pdf

壁 堂 — — ⋯ 一 波 形 钢 腹 板 连 续 梁 桥 的 车 辆 荷 载 动 态 响 应 分 析 况 中 华 李 鑫奎 周 向阳 上海建工集团工程研究总院 上海 201114 摘要：结合工程实际，选取三角形曲线作为车辆荷载的简化时程曲线。进而研究在10～7O km／h范围内不同车速作用下 波形钢腹板连续梁桥的动态响应。通过分析研究得出：车辆荷载的冲击系数随车速的增大而增大；10～70 km／h车速下 桥梁结构主要以竖向一阶振动为主。振幅随车速增大而增大，且随车速的增大，桥梁结构振动阶次逐渐减少。 关键词：车辆荷载 ；波形钢腹板；连续梁桥；动态响应 中图分类号：TU997 文献标志码 ：A DOI：10．14144／j．cnki．jzsg．2017 05．054 Dynamic Response Analysis of Vehicle Load in Corrugated Steel W eb Continuous Girder Bridge KUANG Zhonghua LI Xinkui ZHOU Xiangyang Engineering General Institute of Shanghai Construction Group Shanghai 201114 波形钢腹板箱梁的刚度比普通混凝土腹板箱梁小 ，在 静 、动荷载作用下，波形钢腹板连续梁桥将产生较大 的内 力和变形 。因此 ，对波形钢腹板连续梁桥在行车过程 中的 动态响应进行控制尤为重要 ]。本文 以一座波形钢腹板预 应力混凝土连续箱梁为研究背景，对波形钢腹板连续梁桥 在不 同车辆荷载作用下的动态响应进行分析，研究波形钢 腹板连续梁桥在行车作用下的动力特性 。 1 车 辆作 用 简化 目前关于车一桥振动的研 究，常将 车辆对桥梁的作用 进行简化处理，其中典型的简化方式有如下4种形式： 1)匀速移动常量力作用。1905年 ，俄 国学者认为：相 对于跨度较大的桥梁而言，移动车辆载荷的质量可忽略不 计 ，避免了变系数微分方程求解的困难 。 2)匀速移动简谐力作用。载重汽车在桥头受到路面的 激励后以车辆的固有频率发生振动而通过桥梁时，车身的 惯性力就是一种移动的简谐力。 3)匀速滚动质量的作用。1937年 ，Schallenkamp第一 次提 出了考虑移动荷载本身质量的惯性力影响，对简支梁 的动力响应 问题得出了较为精确的解 4)匀速移动弹簧一质量的作用。1954年，Biggs在lnglis 所发展的理论基础上研究了更为接近实际的车辆模型，即 讨论了一个匀速移动的弹簧一质量对简支梁桥的作用 ，并得 到了便于计算的近似解 。 2 201 7·5·Building Construction 为减少计算工作量 ，简化计算模型 ，本文采 用第 1种 简化荷载形式，即利用匀速移动常量力作用来代替车辆对 桥梁的作用。该常量力为车辆质量 ，车辆沿桥梁纵 向移动 时 ，桥梁 上任意截面承 受的荷载为 随时间变化 的时程荷 载 ，该时程荷 载曲线为三角形折线形式。车辆荷载 的简化 形式如图1、图2所示。 车辆质量 车辆质量 F 嘲 蜓 羼 卅 图1车辆荷载简化示意 tl t2 时间 图2车辆荷载时程曲线示意 2 计 算 实例 ’ 本文 以伊 朗德黑兰在建的北部高速公路BR一06L／R特 大桥为研究背景 。BR一06L／R特大桥桥墩采用箱形截面形 式，低墩高31 m，采用扩大基础；高墩高65 m，采用桩基 础 。主桥采用波形钢腹板预应力混凝土连续梁 ，跨径布置 况中华 李鑫奎 周向阳： 波形钢腹板连续梁桥的车辆荷载动态响应分析 为83 m+153 m+83 m，横桥向采用双幅桥布置， 13．1 m，总体布置如图3所示。 桥面宽2× 表1 BR-06L／R特大桥自振模态 图3 BR一06L／R特大桥总体布置 主桥上部结构为三跨波形钢腹板预应力混凝土连续箱 梁 ，单幅主桥箱梁采用单箱单室断面 ，如图4所示 。根部梁 高8．8 m，梁高及底板厚均按1．8次抛物线变化 。 (a J墩顶截面 图4 主梁横截面 (单位：cm) 主梁顶、底板采用C50混凝土 ，钢腹板采用Q345D钢 材 。波形钢腹板厚度为10~24 mm，波形采用1600型，波板 水平幅宽430 mm、斜幅宽430 lnlrl、斜幅水平向长370 mm、 波高220 mm，如图5所示。 370 l 430 I 370 图5 钢腹板尺寸示意 3 有 限 元模 型 利用Midas Civil有限元软件建立波形钢腹板连续梁桥 的 计算模型 ，桥梁结构采用杆系单元进行模拟，主梁与桥墩 间的支座采用刚性连接模拟 ，并释放转动约束，桥墩底部 采用 固接边界。 通过特征值分析 ，获取本桥梁结构的自振特性。依据 计算分析，得到本桥的竖向基频和4阶竖向自振模态 ，竖 向 基频为0．646 Hz，各阶模态的自振频率及振型如表1所示。 4 车 辆 作 用 下 的动 态 响应 在桥梁有限元模型上加载不 同车速下的车辆荷载 ，以 研 究不同车速作用下桥梁结构的动态响应 。选取4种不同车 速 (10、30、50、70 krn／h)进行桥梁结构的动态分析 。 模态 频率，Hz 振型 竖向一阶 n646 —r—T 一 竖向二阶 1．229 f ＼。T 竖向三阶 2．503 1 丫 竖向四阶 3．668 经计算分析，4种不 同车速下桥梁结构的跨中竖向变形