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原文传递特大跨度上承式钢管混凝土拱桥车桥耦合响应与动力特性研究

论文题名：	特大跨度上承式钢管混凝土拱桥车桥耦合响应与动力特性研究
关键词：	上承式钢管混凝土拱桥;车桥耦合作用;刚度特性;局部冲击系数;动力响应
摘要：	钢管混凝土桥梁主体属于偏柔性结构体系，跨径不断增大的同时，增加了桥梁结构不稳定、行车安全的风险，尤其是特大跨上承式钢管混凝土拱桥的拱上立柱荷载大、高度高、稳定性等问题较为突出，其特大跨度的结构特性也加大了拱桥横向失稳的风险，随着日益激增的交通流量以及复杂多变的车辆荷载形式，对于其动力特性的研究也愈加紧迫。本文对跨径为504m的世界第一特大跨上承式钢管混凝土拱桥的整体、局部冲击系数以及动力响应进行研究。主要研究内容和结论如下：　　（1）使用 MIDAS 以及 ANSYS 建立全桥模型，通过自振特性以及自重下的挠度进行对比后验证了模型的可靠性。通过改变钢梁、立柱、拱肋、交界墩的刚度研究其对振型模态的影响，从中发现提高钢梁刚度可以有效提高桥梁的面内刚度、横弯扭转性能，但对面外抗扭能力影响不大；提高立柱以及拱肋的刚度可以有效提升桥梁抗扭、横弯扭转耦合性能；增加交界墩的刚度可极大提高桥梁结构的面内竖向抗弯能力，面内横向抗弯能力也有一定程度的提高。　　（2）通过 MIDAS 将车辆的行驶模拟为三角形荷载以研究车速、偏载、立柱刚度对桥梁整体、局部冲击系数的影响，通过对比发现桥梁整体冲击系数不足以体现车辆荷载对桥梁局部构件的冲击效应；端部立柱的三向冲击效应远远大于另外两种立柱且在横向上的振动响应对车速最敏感；随着偏心距的增加，桥面板的挠度与其冲击系数的变化呈负相关。因此，在对桥梁的后续检测管养中应重点关注较高立柱以及桥梁关键构件及截面的横向稳定性。　　（3）在UM中建立拥有22个自由度的三维车辆实体模型，使用接口程序将ANSYS 桥梁模型导入 UM 中进行联合仿真，通过改变梁-柱连接方式、车队组合形式研究对拱桥横向刚度与冲击系数的影响，结果显示采用梁-柱刚接能显著提高中部立柱底端的横向刚度，中部立柱的桥面板对于梁-柱的连接方式敏感性最低；车辆以双车并排行驶通过桥梁时产生动力冲击系数最大，偏载行驶次之，前后行驶最小，故在行车通行过程中应尽量避免双车长时间并排行驶以免对桥梁造成过大的动力响应；不同间距的车辆在同一时间点传递到跨中处的冲击作用会相互削弱或叠加，驾驶员应保持适当的车辆间距以减小车队荷载对拱桥的冲击作用，从而延长桥梁的使用寿命。　　（4）从路面缺陷深度、车速、缺陷位置、制动初速度、桥面不平顺、制动减速度、制动位置七个层面探究车桥耦合作用下拱桥的动力响应，发现缺陷以及制动位置位于前半跨时产生的冲击效应大于后半跨且在跨中处达最大值；跨中冲击系数对于路面缺陷位置的变化最为敏感，其次是路面缺陷的深度，最后是车速；在车辆制动作用下，跨中冲击系数对桥面不平顺度的变化最为敏感，其次是制动位置、制动初速度，对制动减速度最不敏感。
作者：	谭宇杰
专业：	土木工程
导师：	刘思孟;曾勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023