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基于车桥耦合作用的连跨混凝土梁桥动力响应研究
| 论文题名： | 基于车桥耦合作用的连跨混凝土梁桥动力响应研究 |
| 关键词： | 连跨混凝土梁桥;车桥耦合振动;冲击荷载;动力性能;模型修正 |
| 摘要： | 先简支后连续梁桥是我国高速公路中等跨径桥梁常用的一种结构形式。先简支后连续体系施工简易、施工技术成熟、行车条件好且经济合理，并兼有简支梁桥与连续梁桥的优点。在目前先简支后连续体系梁桥车致振动响应的分析中，不考虑连跨数目的影响，这与实际测试的结果有一定的差异。随着汽车载重的不断提高、交通流量日益增大，已建的连跨混凝土梁桥的病害逐渐显现出来，桥梁技术状况的检测中发现连跨数目可能对桥梁的使用性能有较大影响。 本文以后堡大桥为工程背景，以先简支后连续体系T梁桥作为研究对象，基于车桥耦合振动理论和有限元方法，运用有限元软件ANSYS和数学软件MATLAB编制了车桥耦合作用分析程序，进行了车桥耦合动力响应数值计算，研究了连跨数量、跨径、车辆行车布置、行车速度以及路面不平整度等因素对连跨混凝土梁桥动力性能的影响，主要内容如下: 1)综述了先简支后连续混凝土梁桥的特点和动力特性以及国内外车桥耦合振动的研究现状，阐明了车桥耦合振动理论的研究成果及尚未解决的问题。 2)根据达朗贝尔原理推导了车辆的振动方程，建立车辆的四分之一和二分之一模型。 3)推导了桥梁的振动方程并运用ANSYS有限元软件将桥梁以一维存储的质量和刚度矩阵转换为满秩形式。以后堡大桥为研究对象建立了梁格系模型和实体模型，并用实体模型对梁格系模型进行修正。 4)按照国家标准GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》并依据标准中的功率谱密度函数，运用MATLAB软件模拟了A，B，C，D四种等级路面的不平顺度样本曲线。 5)阐述了车桥耦合振动问题的计算方法，计算步骤和程序流程图。基于有限元软件ANSYS并结合MATLAB软件进行二次开发，编制了车桥耦合振动分析程序并验证了该程序的正确性。 6)选取跨径为25m、30m、35m、40m和常见的一联跨数为3～7跨的连跨梁桥开展研究。分析不同跨径对连跨梁桥动力响应的影响;探讨不同行车工况下连跨数量对动挠度、跨中弯矩、墩顶支点截面负弯矩以及墩顶支点附近截面剪力的影响;研究不同车桥频率比对连跨梁桥动力响应的影响。 7)分析了车速、车辆行车布置、路面不平整度等因素对连跨梁桥冲击系数的影响，探讨了基于车桥耦合作用理论计算出的冲击系数值与依据《公路桥梁设计通用规范》(JTG D60-2004)给出的冲击系数取值的差异。本文的研究结论可为进一步研究先简支后连续混凝土梁桥的动力性能提供技术参考，对于完善连跨梁桥冲击系数的计算方法和优化连跨梁桥的结构设计参数具有工程实用价值。 |
| 作者： | 李彦伟 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张巍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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