寬鋼箱梁精細(xì)化模型的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析.pdf

1、隨著高強(qiáng)材料的使用，橋梁結(jié)構(gòu)趨于柔性化;以及交通事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁所承受的荷載越來(lái)越大。由于上述兩方面原因決定了車(chē)輛荷載在橋梁總荷載中的比重日益增大，因此在車(chē)輛荷載作用下橋梁的動(dòng)力響應(yīng)日趨顯著?；钶d作用下由箱梁橫向的彎曲、剪切變形而產(chǎn)生不容忽視的箱梁橫向撓曲。本文提出了一種精細(xì)化模型的分析方法進(jìn)行車(chē)橋耦合分析，該方法使用殼單元建立橋梁主梁模型，進(jìn)行車(chē)橋耦合動(dòng)力分析。
　　車(chē)橋耦合振動(dòng)一般不會(huì)導(dǎo)致橋梁整體的毀壞，但是車(chē)輛過(guò)橋時(shí)，引

2、起橋面的局部振動(dòng)的大小和對(duì)橋面板的損壞程度尚無(wú)定論，但是在車(chē)輛荷載長(zhǎng)期作用下，由于這樣的局部振動(dòng)會(huì)使橋面板出現(xiàn)疲勞、老化、開(kāi)裂等問(wèn)題。這些破損更易受到侵蝕，形成惡性循環(huán)。影響橋梁性能，增加養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。研究橋梁的局部振動(dòng)問(wèn)題將有助于人們更好地完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、規(guī)范車(chē)輛荷載并減少橋梁損壞。
　　目前在分析車(chē)-橋耦合振動(dòng)時(shí)，橋梁模型一般采用桿系單元建模，使用橋梁截面形心處的振動(dòng)線(xiàn)性地描述橋面車(chē)輪處的振動(dòng)。對(duì)于寬箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁，主梁截面橫向除了

3、體現(xiàn)主梁整體斷面的振動(dòng)以外，另外還包含了橫向彎曲、剪切效應(yīng)以及箱梁頂?shù)装寰植空駝?dòng)的影響。由于輪下橋面板的振動(dòng)直接影響車(chē)-橋之間作用力的大小與方向，從而影響橋梁與車(chē)輛的振動(dòng)性能評(píng)價(jià)，因此，對(duì)于寬箱梁橋梁有必要建立精細(xì)化的模型對(duì)車(chē)-橋耦合振動(dòng)影響的方式及水平開(kāi)展具體研究，并對(duì)此類(lèi)橋梁的桿系模型適應(yīng)性和現(xiàn)行橋梁規(guī)范沖擊系數(shù)計(jì)算作出評(píng)價(jià)。
　　本文在總結(jié)已有的車(chē)-橋耦合振動(dòng)研究成果基礎(chǔ)上，編制了空間薄殼單元有限元計(jì)算程序，在課題組自主車(chē)-

4、橋耦合振動(dòng)分析軟件IPSAA中進(jìn)行分析，具體完成以下工作:
　?、倩贛indlin板單元理論，采用等參變換思想，將板單元的彎曲效應(yīng)和平面應(yīng)力效應(yīng)疊加，選擇對(duì)剪切剛度項(xiàng)采取低階積分的方法來(lái)克服板的剪切閉鎖問(wèn)題，編制任意四邊形四結(jié)點(diǎn)殼單元有限元程序(ShellM4)，并使用Ansys來(lái)驗(yàn)證編制的殼單元的力學(xué)性能。
　?、诨贙irchhoff板單元理論，同樣將板單元的彎曲效應(yīng)和平面應(yīng)力效應(yīng)疊加，編制任意三角形殼單元的有限元程序

5、，而一個(gè)任意四邊形被它的形心點(diǎn)劃分為4個(gè)三角形，采用靜力凝聚的方法，凝聚掉四邊形的形心點(diǎn)的自由度，即可得到一個(gè)由三角形構(gòu)成的任意四邊形殼單元(ShellF4)，使用Ansys驗(yàn)證其力學(xué)性能。
　　③基于龍馭球提出的基于四邊形面積坐標(biāo)的廣義協(xié)調(diào)殼單元理論編制了厚薄通用殼單元(Shell4GA)，驗(yàn)證該殼單元的力學(xué)性能。
　?、軐⒗碚搼?yīng)用于實(shí)踐，針對(duì)某三跨連續(xù)鋼箱梁橋開(kāi)展了精細(xì)化車(chē)橋耦合振動(dòng)分析，并與桿系橋梁模型的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行對(duì)