汽车离心力作用下考虑支座摩擦滑移的弯梁桥侧向位移分析

发布时间：2020-06-10 23:03

【摘要】：随着交通运输行业的迅速发展,高等级公路与城市立体化交通对道路线形的要求越来越高,弯梁桥逐渐被广泛应用。由于弯梁桥不规则的空间形状,使其在运营过程中容易出现支座滑移、支座脱空、梁体侧向位移过大等病害,严重时甚至会引起主梁倾覆。汽车离心力是引起弯梁桥侧向位移的主要因素,为准确计算出汽车离心力作用下的主梁侧向位移,本文将从板式橡胶支座的摩擦滑移性能分析出发,建立简化的三维滑动支座单元,以此进行考虑支座摩擦滑移的弯梁桥侧向位移分析,并在限位装置参数影响分析的基础上提出弯梁桥侧向位移的控制措施。本文的主要研究内容及结论如下:(1)通过对板式橡胶支座剪切刚度的计算分析,验证了支座精细化实体模型的准确性。在此基础上建立了支座与梁的实体接触摩擦模型,并对板式橡胶支座的摩擦滑移性能进行分析。结果表明,随着梁水平位移的不断增大,支座变形分为两个阶段:支座与梁发生相对滑移前,支座主要以弹性剪切变形为主;支座与梁发生相对滑移后,支座的剪切变形不再增加,支座的滑移量逐步增大。(2)基于对板式橡胶支座摩擦滑移性能的分析,提出了考虑静动摩擦系数比的支座摩擦滑移力学模型,并对考虑不同情况下的支座滑移力学模型进行了总结。由此将支座的实体接触摩擦模型简化为三根弹簧组成的滑动支座单元模型,并验证了滑动支座单元模型的准确性。(3)建立了考虑支座摩擦滑移的弯梁桥计算模型,通过有限元软件ANSYS的瞬态动力分析功能,进行了移动汽车离心力作用下的弯梁桥横向振动分析。研究了车速、车重、墩高及曲率半径对弯梁桥侧向位移的影响。结果表明:当汽车离心力较大时,桥台内侧的支座易发生摩擦滑移。车速对主梁侧向位移的影响程度比车重的影响程度大,为控制弯梁桥的侧向位移,应以限速为首选措施。墩高对墩顶径向位移的影响较为显著,但对墩顶支座的位移影响较小。曲率半径对弯梁桥侧向位移的影响主要是由于离心力的变化造成的,当离心力为定值时,曲率半径对主梁侧向位移的峰值几乎没有影响。(4)通过在考虑支座摩擦滑移的弯梁桥模型上增加对限位装置的模拟,分析了限位装置参数对弯梁桥侧向位移控制的影响,结果表明:初始间隙与碰撞刚度对主梁侧向位移和墩底弯矩的影响较大,应在有效控制主梁位移及避免下部结构出现较大内力的基础上,合理选择限位装置的参数。
【图文】：

空间形状,支座,弯梁桥

随着交通运输行业的迅速发展，高速公路、城市立交和高架道路日渐增多，道路设计对道路线形的要求也越来越高，因而弯梁桥被更为普遍地应用在高等级公路与城市道路的建设中。弯梁桥与正交直桥相比，具有造型优美、能够灵活适应空间资源等优点但是弯梁桥不规则的空间形状，使其在运营过程中容易出现严重的病害。弯梁桥常出现支座滑移、支座脱空、梁体侧向位移过大等病害，甚至出现侧倾的严重事故[1]，如深圳市南油立交 N4 匝道、天津市十一经路立交桥、郑州市西南绕城高速军杨互通式立交桥、合肥市五里墩立交桥等都出现了不同程度的支座滑移、脱空和主梁侧向位移过大的病害（见图 1.1、图 1.2）。当弯梁桥由于外在因素产生较大侧向位移且不能完全复位时，在超重车辆的竖向偏心荷载和横向离心力的共同作用下，主梁存在较大的侧倾甚至落梁风险。2011 年位于绍兴市上虞区三环路的一段引桥发生整体坍塌（如图 1.3），2012 年横跨松花江的阳明滩大桥上行匝道突然垮塌（如图 1.4）。

空间形状,挡块,弯梁桥

随着交通运输行业的迅速发展，高速公路、城市立交和高架道路日渐增多，道路设计对道路线形的要求也越来越高，因而弯梁桥被更为普遍地应用在高等级公路与城市道路的建设中。弯梁桥与正交直桥相比，具有造型优美、能够灵活适应空间资源等优点但是弯梁桥不规则的空间形状，，使其在运营过程中容易出现严重的病害。弯梁桥常出现支座滑移、支座脱空、梁体侧向位移过大等病害，甚至出现侧倾的严重事故[1]，如深圳市南油立交 N4 匝道、天津市十一经路立交桥、郑州市西南绕城高速军杨互通式立交桥、合肥市五里墩立交桥等都出现了不同程度的支座滑移、脱空和主梁侧向位移过大的病害（见图 1.1、图 1.2）。当弯梁桥由于外在因素产生较大侧向位移且不能完全复位时，在超重车辆的竖向偏心荷载和横向离心力的共同作用下，主梁存在较大的侧倾甚至落梁风险。2011 年位于绍兴市上虞区三环路的一段引桥发生整体坍塌（如图 1.3），2012 年横跨松花江的阳明滩大桥上行匝道突然垮塌（如图 1.4）。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441;U461

【参考文献】