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原文传递曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的动力特性与冲击系数研究

论文题名：	曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的动力特性与冲击系数研究
关键词：	钢箱-混凝土组合梁桥;动力特性分析;车-桥耦合振动;冲击系数;曲线波形腹板
摘要：	曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥是在传统波形钢腹板组合梁桥的基础上改良而成的一类新型钢-混组合梁桥。由于将传统的混凝土底板替换成了钢底板，可以避免混凝土底板易开裂等问题，发挥钢结构和混凝土结构各自的优势。作为一种新型钢-混凝土组合梁，又由于曲线梁具有弯扭耦合效应，使得相关研究仍处于初步阶段。该文以曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥为研究对象，通过理论推导与数值模拟的方法对曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的动力特性与冲击系数展开研究，主要内容与研究结论如下：　　（1）基于能量变分法和Hamilton原理，推导了曲线梁在弯扭耦合效应下考虑箱梁剪力滞和波形钢腹板剪切变形影响的竖向弯曲振动频率计算公式；运用Galerkin法和Hamilton原理，求解了曲线梁在弯扭耦合效应下考虑剪切变形的扭转振动频率计算公式。利用ANSYS18.2三维有限元软件构建了该新型桥梁的空间有限元模型，经过与ANSYS有限元值的对比，验证了曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥所推导的关于竖向弯曲振动频率和扭转振动频率解析公式的正确性。特别地，取R无穷大时与现有文献中的试验梁实测数据进行了对比分析，结果吻合良好，进一步验证了解析解的正确性和通用性。　　（2）为了分析桥梁跨径、曲率半径、钢底板厚度、波形钢腹板厚度、梁高、横隔板和翼缘板宽度等参数对动力特性的影响规律。利用ANSYS18.2三维有限元软件进行数值模拟，模型的精确性得到了理论推导公式的验证，从而得到了准确的建模方法。结果表明：竖向弯曲振动频率和扭转振动频率随桥梁跨径和翼缘板宽度的增加而减小，随梁高、钢底板厚度和钢腹板厚度的增加而增大；扭转振动频率受横隔板数量的影响较大。　　（3）基于UM将ANSYS空间有限元模型通过ANSYS-UM接口导入，建立车-桥耦合系统。研究路面不平整度、车辆行驶速度、曲率半径、车重、阻尼比和多车行车下车辆间距等主要影响因素对此类桥梁冲击系数的影响。结果表明：路面平整度对曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥振动响应有主要影响，当路面状况越差，其竖向冲击效应越大，将超过规范计算值；车辆行驶速度对冲击系数产生的影响非常复杂，且很难找到明确的变化规律；当曲率半径越小时，弯扭耦合效应就越为突出，其竖向冲击效应也远大于直线梁桥的冲击效应；冲击系数并不随车重的增加而线性上升，在道路状况比较不利的情形下，车重对桥梁振动产生的危害也相对较大；阻尼比能有效地耗散由车辆冲击作用产生的能量，减小桥梁的最大动态响应；车辆间距的增大会降低桥梁的最大动挠度。由于两车的共同作用，前后两辆车对桥梁关键跨中截面的振动响应会因彼此不同步而产生削弱或加强，冲击系数曲线会在单车工况的冲击系数范围内来回震荡。
作者：	史军乾
专业：	建筑与土木工程
导师：	林梦凯;史爱红
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022