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原文传递大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合振动及横向刚度研究

论文题名：	大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合振动及横向刚度研究
关键词：	斜拉桥;钢桁梁;车桥耦合振动;横向刚度;荷载组合
摘要：	大跨度公轨两用斜拉桥外型美观，“一桥两用”的特性更是把经济性与环保性发挥到了极致。然而目前针对主跨跨径超过600米的公轨两用斜拉桥的汽车、地铁荷载组合研究、横向刚度研究和随机车流研究还较少，因此，深入研究大跨度公轨两用斜拉桥的车桥耦合振动和桥梁的横向动力响应，可为后续类似工程的设计提供参考，具有重大的工程意义。本文以世界最大跨径的公路—轨道交通合建桥梁为工程背景，重点研究了汽车、地铁作用下的最不利荷载组合、车桥耦合振动下桥梁的横向挠跨比、墩顶横向位移限值和随机车流作用下的最不利横向挠跨比系数，主要内容与结论如下：　　（1）针对本桥跨径较大的特点，综合分析了车道位置、车速、车重、车距、车厢节数、钢桁梁刚度和桥塔刚度对桥梁的横向动力响应以及车桥耦合振动的影响，得出以下规律：1）车道越靠近桥梁翼缘板，偏载造成的影响越大，会影响桥梁的横向动力响应；2）适当限制汽车、地铁车重和地铁的车厢节数，能够有效的降低桥梁的横向动力响应；3）钢桁梁刚度和桥塔刚度增加，桥梁变形能力减小，针对本桥，钢桁梁刚度系数与桥塔刚度系数设置在0.9至1.1时，桥梁同时具有较好的经济性与安全性。　　（2）本文选取主跨跨中截面作为研究截面，采用较为合理的组合方式，进行汽车、地铁荷载组合加载，结果表明：对比最不利荷载工况与横向动力响应最小的工况，横向动力响应的增长率达到了20.67%，这说明不同的汽车、地铁组合工况会对桥梁的横向动力响应产生一定的影响，在车桥耦合研究振动中考虑最不利车道组合有一定的必要性。在最不利荷载组合作用下下，桥梁的横向位移、加速度以及车辆的车体加速度、轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率均在规范规定的范围以内，说明桥梁的安全性、车辆的安全性和乘客的舒适性均可以得到保证。　　（3）本文通过缩小桥梁横向刚度的方法，以规范规定的车体安全性、乘客舒适性控制指标作为限值，研究了适用于大跨度公轨两用桥的横向挠跨比、墩顶横向位移限值。结果表明：针对大跨度公轨两用桥，桥梁的横向挠跨比小于1/1800、墩顶横向位移小于30毫米时，车体安全性、乘客舒适性仍然能够得到保证。在汽车限速为60km/h，地铁限速为100km/h的大跨度公轨两用斜拉桥上进行车桥耦合振动研究时，横向挠跨比限值建议取为1/1800，墩顶横向位移限值建议取为30毫米。　　（4）本文通过大量样本对随机车流作用下的桥梁横向挠跨比进行了规律性总结，研究表明：随机车流作用下桥梁的横向挠跨比基本符合正态分布。基于这个规律，求得了随机车流作用下桥梁的横向挠跨比的理论最大值，与非随机车流作用下桥梁的横向挠跨比进行了对比，求得了横向挠跨比理论最不利变化率。考虑到横向刚度与桥宽、桥梁结构体系之间关系较为密切，本文将桥宽与结构体系作为变量，获取了不同结构体系下变化率与桥梁横向宽度的相关关系，提出了适用于主跨跨径小于660米、桥面横向宽度小于38米的公轨两用斜拉桥的随机车流作用下的最不利横向挠跨比系数。
作者：	姜雨航
专业：	土木工程
导师：	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