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原文传递基于UM仿真的波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥车桥耦合振动研究

论文题名：	基于UM仿真的波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥车桥耦合振动研究
关键词：	公路桥梁;波形钢腹板;数值仿真;车桥耦合振动;动力特性
摘要：	桥梁是交通的咽喉。随着科学技术的不断进步，各种新型桥梁结构纷纷出现在人们的视野中，波形腹板钢箱－混凝土组合梁桥作为一种改进的新型结构，在最近几年得到了广泛关注与应用。近几十年来公路运输需求迅速扩大，车辆荷载和公路交通密度不断提高，车致桥梁损伤和失效问题日益突出，使得明确在移动车辆荷载作用下桥梁的动力响应特性、准确获得桥梁动力冲击系数成为桥梁领域亟待解决的重要问题。因此，本文通过试验研究和数值仿真相结合的方法对移动车辆荷载作用下波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥这一新型桥梁结构的车桥耦合动力特性进行了深入的研究。主要研究内容和研究结论如下：　　（1）以甘肃省兰州市兰州新区某座长为30m、宽为20m的波形腹板钢箱－混凝土简支梁桥为研究背景，采用环境随机激振法，通过动力特性试验获得桥梁弯曲自振频率、振型及阻尼比，将桥梁实测基频与规范估算值进行对比，将桥梁实测自振特性与ANSYS模型自振特性进行对比。　　（2）在UniversalMechanism（UM）动力学软件中，建立了更加符合实际情况的三维整车模型，在ANSYS软件中建立了三座波形腹板钢箱－混凝土组合简支梁桥的三维有限元模型，通过将车辆模型和桥梁模型导入同一个UM仿真模型中，建立了车桥耦合振动仿真系统，并通过计算验证了该仿真系统的准确性，为后续开展车桥耦合动力仿真分析提供条件。　　（3）通过车桥耦合振动仿真系统分析了跑车影响下波形腹板钢箱－混凝土简支梁桥的动力响应特性，分别计算了三座桥梁在单车行驶工况、双车行驶工况、会车行驶工况下的跨中截面位移响应和动力冲击系数，对车辆速度、车辆重量、车辆位置、路面平整度等重要因素进行了参数分析，并将所得动力冲击系数与《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）给出的规范设计值进行了对比分析。主要结论为：车速对桥梁动力响应的影响非常复杂，影响规律不明显；车重对桥梁动力响应影响显著，加强公路桥梁的车辆限载管理仍然至关重要；路面平整度对桥梁动力响应影响较大，加强对桥面运维管理能有效缓解移动车辆荷载对桥梁的动力冲击效应；当车辆数量较多时，可选择多车纵向排列行驶通过桥梁，以减小桥梁的动力响应；桥面会车会引起桥梁跨中截面位移响应的增大，但对动力冲击系数影响不大，应尽量避免桥梁跨中位置发生会车的情况。　　（4）通过车桥耦合振动仿真系统分析了跳车影响下波形腹板钢箱－混凝土组合梁桥的动力响应特性，分别探讨了车辆跳车高度、车辆跳车速度、车辆跳车位置等因素对三座桥梁动力响应的影响规律。主要结论为：车辆跳车高度对桥梁动力响应有较大影响，现行桥梁设计规范可能忽略了跳车现象对桥梁的动力冲击效应的影响；在桥面存在障碍物或老化比较严重时，必须考虑跳车作用对桥梁的动力冲击效应；应尽量避免桥梁跨中附近位置发生跳车冲击现象，对桥梁前半跨的障碍物控制研究值得引起更多的关注，加强对桥梁后半跨跨中附近的桥梁位移响应监测十分重要。
作者：	于海峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	冀伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022