行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的数值模拟

发布时间：2021-07-24 15:33

　　相比梁桥,对行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥振动响应研究较少,且已有研究多取跨中作为观察点来评估桥梁的振动效应。为评估钢管混凝土系杆拱桥的车致振动特性,在有限元软件ABAQUS?中建立了全桥有限元动力分析模型,采用板单元模拟桥面板,梁杆单元模拟系梁、横梁、拱肋、风撑和吊杆,并模拟施加移动车辆,获得了不同桥跨位置处的动挠度响应,并与现场动挠度实测结果进行对比,表明了分析模型的正确性。继而,研究了不同车速、轴重及行进路线工况下1/4、1/2和3/4桥跨位置处的动挠度响应,获得了不同桥跨位置的冲击系数。结果表明,系杆拱桥冲击系数随车辆轴重增加而减小,随车速增加先增大后减小,且车辆行进路线距桥面中线越远则冲击系数越小。将上述不同荷载工况的冲击系数与规范和已有经验模型进行对比,发现系杆拱桥最不利冲击位置并不位于桥梁跨中位置。研究结果可为类似系杆拱桥冲击振动安全工程提供参考。 

【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

某系杆拱桥1/2立面示意图(单位:cm)

图1 某系杆拱桥1/2立面示意图(单位:cm)如图3所示，拱肋为哑铃形界面，在有限元建模中按照抗弯刚度及面积将其设置为广义截面;横梁为不规则截面构件，建模时将端横梁简化为箱形截面梁，将中横梁简化为矩形截面梁;风撑设计采用桁架结构形式，建模时按照抗拉模量将其等效为圆截面梁。桥梁各构件在有限元模型中的截面尺寸及材料参数详见表1，混凝土及钢材材料参数按照规范[20-21]取值。

该桥桥面系与桥墩之间采用盆式橡胶支座连接，支座平面布置图见图7，对应在有限元模拟中，约束桥面板单侧纵向位移，另一侧为活动支座。一般有限元动力分析计算时，设置最短波长范围内6～8个单元方可满足振动模拟精度要求[22]。如图8所示，分别采用52、20、68、128和64个梁单元离散拱肋、风撑、横梁、吊杆及系梁，同时采用3 400个板单元离散桥面板，单元平均尺寸le=0.5 m。由桥梁振动实测结果可知，三轴装载车引起的最高振动主频f=10 Hz，考虑到桥面板C50混凝土剪切波速Vs=2.4 km/s，桥面板最短振动波长λmin=Vs/f=240m，可知le<0.1λmin，故而上述单元划分满足动力计算精度要求。图3 某系杆拱桥及拱肋、系梁、横梁的截面构造示意图(单位:cm)

【参考文献】：
期刊论文
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[5]基于车桥耦合的钢管混凝土拱桥车桥冲击系数研究[J]. 韩艳,李浩,薛繁荣.  铁道科学与工程学报. 2016(03)
[6]基于车桥耦合振动的钢管混凝土系杆拱桥动力响应分析[J]. 张耀,孙增寿.  铁道科学与工程学报. 2016(01)
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[10]上承式钢管混凝土拱桥车桥耦合研究[J]. 袁文强,蒲黔辉,李凯.  四川建筑科学研究. 2013(06)

博士论文
[1]公路大跨径连续体系桥梁车桥耦合振动研究[D]. 蒋培文.长安大学 2012
[2]大跨中承式钢管混凝土拱桥静力及抗震性能[D]. 云迪.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]大跨度钢管混凝土系杆拱桥稳定性能研究[D]. 李瀚.东南大学 2006



本文编号：3300927