公路混凝土曲線連續(xù)梁橋在移動車輛作用下的動反應(yīng)研究.pdf

1、混凝土曲線連續(xù)梁橋作為大型互通立交樞紐的重要組成部分，應(yīng)用越來越廣泛。由于受力較為復(fù)雜和設(shè)計缺乏明確規(guī)范條文指導(dǎo)，我國混凝土曲線梁橋在運營過程中出現(xiàn)事故還時有發(fā)生，使得混凝土曲線梁橋設(shè)計值得研究和關(guān)注。動載試驗在橋梁檢測評估中的應(yīng)用日益增多，實際運營過程中需要進(jìn)行動力加固的混凝土曲線連續(xù)梁橋也不時發(fā)現(xiàn)，對動載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對加固效果進(jìn)行評估都需要進(jìn)行車-橋振動研究。而傳統(tǒng)的車-橋相互作用分析方法因其建模困難而難以在實際工程中采用，建立一

2、種簡單而實用的移動車輛荷載引起的混凝土曲線連續(xù)梁橋動反應(yīng)計算方法，對實際工程應(yīng)用有著重要價值。
　　本文采用的車橋相互作用分析方法是將曲線梁橋和車輛視為兩個分離的獨立的振動系統(tǒng)。在求解車輛振動方程時，引入隨機(jī)過程理論，經(jīng)過求解和推導(dǎo)得到了作用于橋面的輪胎沖擊荷載的功率譜密度函數(shù)。然后基于此功率譜密度函數(shù)，采用諧波疊加法，直接構(gòu)建車輪與橋面之間的接觸力，并用MATLAB軟件編制了相應(yīng)的計算程序。最后，建立混凝土曲線連續(xù)梁橋的有限元模

3、型，將構(gòu)建生成的輪胎動載信號樣本序列作為橋梁振動方程的輸入，采用直接積分法或振型疊加法進(jìn)行數(shù)值求解，即可得到混凝土曲線連續(xù)梁橋的動響應(yīng)。并用實橋的實測數(shù)據(jù)驗證了所采用分析方法和動力分析模型的可行性和可靠性。
　　研究了橋面不平度和車輛行駛速度、曲線半徑、支座布置形式、中支座外偏等因素對混凝土曲線連續(xù)梁橋動反應(yīng)的影響。研究表明:橋面不平度和車輛行駛速度影響顯著，隨著橋面狀況的惡化，作用于橋面的輪胎動載顯著增大;當(dāng)橋面不平度和速度固定

4、不變時，最不利布載情況下（汽車荷載外偏行駛）端支點截面扭矩動力系數(shù)受支座布置方式的影響最為顯著，曲線半徑影響程度次之，中支座外偏影響程度較小;動力系數(shù)整體呈現(xiàn)以下規(guī)律:支點截面扭矩動力系數(shù)＞支點截面負(fù)彎矩動力系數(shù)＞跨中位移動力系數(shù)＞跨中截面正彎矩動力系數(shù)。
　　以鉆孔灌注法施工的摩擦樁為對象，設(shè)計了一種在通用有限元程序中構(gòu)建樁基礎(chǔ)有限元模型的方法，該方法中考慮了樁-士間的相互作用影響。針對“墩-梁固結(jié)”類型的混凝土曲線梁橋研究了移

5、動車輛荷載作用下固結(jié)墩和固結(jié)墩樁基礎(chǔ)的參數(shù)變化對橋跨結(jié)構(gòu)動反應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:固結(jié)墩直徑、固結(jié)墩高度對橋跨結(jié)構(gòu)動反應(yīng)的影響比樁基礎(chǔ)剛度對橋跨結(jié)構(gòu)動反應(yīng)的影響顯著;汽車橫向作用位置對彎矩和位移動力系數(shù)幾乎沒有影響，但對支點扭矩動力系數(shù)影響明顯;相比較于普通混凝土曲線連續(xù)梁橋，車輛橫向作用位置對“墩-梁固結(jié)”型的混凝土曲線梁橋的扭矩動力系數(shù)的影響要更大。
　　基于振型能量理論，給出了一種判定橋跨結(jié)構(gòu)的各階“彎扭耦合”振型以豎彎（

6、或扭轉(zhuǎn)）為主的方法。按此方法確定出混凝土曲線連續(xù)梁橋橋跨結(jié)構(gòu)的振型主方向后，可將其頻率區(qū)分為豎彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率。然后分析了曲線半徑、支座布置形式、單跨跨徑、一聯(lián)跨數(shù)、中支座外偏、固結(jié)墩參數(shù)、固結(jié)墩樁基礎(chǔ)剛度等因素對自振頻率的影響，研究結(jié)果表明:曲線半徑、支座布置形式、單跨跨徑、一聯(lián)跨數(shù)等因素對混凝土曲線連續(xù)梁橋低階豎彎頻率的影響與對低階扭轉(zhuǎn)頻率的影響有較大差異;固結(jié)墩參數(shù)變化對低階扭轉(zhuǎn)頻率的影響比對低階豎彎頻率的影響要大一些;固結(jié)墩樁基