简支下承式钢管混凝土拱桥动力响应研究

发布时间：2019-11-26 06:20

【摘要】：随着钢管混凝土这种新型组合材料广泛的应用于桥梁工程当中,突破了拱桥在材料强度和施工工艺方面的难题,使得钢管混凝土拱桥发展迅速。目前,我国已修建大量的钢管混凝土拱桥,在其应用方面,已处于世界领先地位。然而,对其理论的研究还不完善,对于静力理论比较成熟,但在动力理论方面相对比较滞后。由于钢管混凝土拱桥在桥梁结构以及材料上与其他传统拱桥有着明显的不同,导致其在动力与静力特性方面有着自己的特点。本文基于车桥耦合振动理论和有限元数值分析相结合,对内蒙和热木特简支下承式钢管混凝土拱桥进行了动力响应分析,并研究其桥面冲击系数。主要内容如下： 1)阐述了钢管混凝土拱桥的发展状况,总结了现阶段各国学者对钢管混凝土拱桥动力特性以及车桥耦合振动理论的研究成果以及尚未解决的问题。 2)介绍了和热木特大桥的工程背景和车桥耦合振动问题中车辆模型的建立方法,并利用大型有限元软件Ansys,通过梁格系法建立了桥梁的计算模型；根据(d'Alembert)原理建立了车辆的四分之一,二分之一以及空间整车模型,并推导了各车辆模型的刚度矩阵,质量矩阵和阻尼矩阵。 3)根据中国标准GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》,基于我国标准中的功率谱密度函数,利用Matlab模拟了A,B,C,D四个公路等级的路面不平顺度样本曲线。 4)阐述了车桥耦合振动问题的研究方法,利用车辆与桥梁之间的位移协调条件和相互作用力关系建立车桥耦合振动系统模型。综述求解车桥耦合振动系统的数值解法,根据纽马克—β法,利用Matlab编制了求解该问题的程序,并验证了该程序的正确性。 5)对和热木特大桥进行了自振特性分析,并提取其前十阶振型。从拱肋的外直径和刚度；风撑数量和位的布置和刚度分析研究了桥梁自振频率的变化规律。 6)对和热木特大桥进行车桥耦合振动系统的典型性分析,得出其动力影响特点。从车辆的行驶速度,公路等级,桥梁阻尼比,控制截面以及行车道这几个方面分析讨论其动力响应的变化规律。给出挠度冲击系数的定义,并从车辆的行驶速度,公路等级和桥梁阻尼比这几个方面分析讨论桥面冲击系数的变化规律。根据各国规范中给出的计算桥梁冲击系数的公式,计算和热木特大桥的挠度冲击系数,并与本文计算结果做对比。本文的研究结果,对于钢管混凝土拱桥的自振特性以及车桥耦合振动动力响应问题提供数值依据,对于推动模拟适合于钢管混凝土拱桥挠度冲击系数的计算公式,起到参考价值的作用。
【图文】：

巫山长江大桥,重庆

据统计，到目前为止中国已建造了 300多座钢管混凝土拱桥，跨度200m以上的约40多座。其中重庆巫山长江大桥跨径最大，如图1-1所示，主跨跨径为460m,是目前世界上最大跨径的中承式钢管混凝土拱桥。这表明，钢管混凝土拱桥在跨度方面有很强的竞争力，表1-1列举了近年来我国已建成的具有代表性的钢管混凝土拱桥。图1-1重庆巫山长江大桥Figure 1-1 Wushan Yangtze River Bridge表1-1 代表性钢管混凝土拱桥Table 1-1 representative CFST Arch序号桥名建成年份跨度（m) 矢跨比结构形式1 广东南海三山西大桥 1995 200 1/4.5 飞燕式2 浙江铜瓦门大桥 2002 238 1/4.82 中承式3 武汉长丰桥 2000 240 1/5 飞燕式4 浙江三门健跳大桥 2001 245 1/5 中承式5 湖北武汉汉江三桥 2000 280 1/5 下承式6 重

模型图,四分,模型

分别为车体和轮对的沉浮。悬架和车轮用线性弹簧与阻尼器仿真，，质量均集中在车轴位置。模型的自振频率要与整车的振动频率相同。模型如图2-1所示：n Lk 1 § iz=j c 1T T丫ne (J j-^ i Zgk a $ i'~i c 2T T, NB广、、 xb z~y图2-1四分之_车_模型Figure 2-1 quarter vehicle model13
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U441.3

【参考文献】