钢混桥梁铺装车-桥-路刚柔耦合动力学分析

发布时间：2020-06-10 23:14

【摘要】：随着我国高速公路快速发展,高速公路桥梁建设、理论和施工关键技术也取得了举世瞩目的成就。高速公路建设中,钢混桥梁因其独特的优越性被广泛使用,由于钢混桥梁结构的车桥动态耦合效应较钢筋水泥混凝土桥梁结构更为突出,因而在车辆载荷作用下桥梁沥青路面铺装更容易产生疲劳裂纹和裂缝,影响桥梁沥青路面使用寿命,因此,进行钢混桥梁车-桥-路耦合动力学研究有重要的理论意义和工程应用价值。现有的车-桥-路研究中,将车辆模型简化为移动荷载、轮载或用弹簧-质量-阻尼模拟;没有考虑车辆、路面、桥梁之间耦合作用,未进行统一建模,难以反应整个系统的耦合特性。本文以某高速公路钢混组合工字钢桥为研究对象,通过有限元软件Ansys整体构建了桥梁及铺装路面有限元模型,求得系统的动力学固有振动特性,通过动力学软件UM建立了多刚体实车模型,并在UM中建立了车-桥-路刚柔耦合系统动力学模型。依据路面不平顺标准,构建了不平顺路面谱,研究了车辆的质量以及速度对车-桥-路刚柔耦合系统中路面铺装层的挠度、冲击系数、横向拉应力、纵向拉应力、剪应力影响,进而分析了桥梁的动力响应参数的变化规律,针对车辆以不同质量与速度通过桥梁时,分析了车体的振动响应、车辆前轴与中轴的动态载荷响应、前轮与中轮的垂向力响应,通过桥梁现场模态测试与挠度变形测试结果与计算结果对比,验证了车-桥-路刚柔耦合系统的正确性与计算结果的有效性。
【图文】：

.1 研究目的和意义近年来，随着中国交通运输体系在规模与技术水平上的大幅提升，公路系统高速化、重载化以及轻型化趋势日益提升，高速公路钢混组合桥梁结于强度高，，造价低，机械性能好，施工方便，工期较短，构件更换容易等而被广泛使用，逐渐成为采用较多的模式，如图 1-1 所示；然而，与水泥混桥梁结构相比，钢混组合桥梁结构在重载车辆的作用下其动态耦合效应更出，导致钢混组合桥梁结构上沥青路面铺装容易产生疲劳裂纹和裂缝。一，当高速行驶的重载车辆通过桥梁时，车辆对桥梁产生动力冲击作用，不引起桥梁和路面的振动，而且由于车辆荷载具有反复作用的特征，桥梁铺容易产生疲劳损伤与破坏，将直影响桥梁的工作状态与使用寿命；另一方梁和路面的振动又会反作用于车辆，进一步加剧车辆的振动，影响车辆运平稳性与安全性，并且在一定条件下，会导致车辆构件疲劳损伤，载重物到损害，降低乘客的舒适性。

图 2-1 主梁横断面图钢主梁采用 Q345D 工字形直腹板钢梁，由顶板、底板和腹板焊接而成，顶板与底板k8变厚度钢板，顶板与底板的标准段后为 20 mm 和 25 mm，连续墩顶0.15 L 外围顶、底板厚度分别为 25 mm 和 40 mm，主梁腹板为等厚度钢板，厚度为 12 mm。钢主梁之间通过横梁联系，横梁间距为 5 m，端横梁采用实腹式横梁，采用焊接工字形截面，横梁顶板、底板和腹板采用等厚度钢板，厚度为 12mm，端横梁设置两导竖直加劲肋，端横梁与钢主梁腹板焊接在一起，桥梁整体结构示意图如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441.3

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本文编号：2707005