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文档分类:建筑/环境

钢管混凝土肋拱桥自振特性及汽车荷载作用下动力响应的研究.pdf


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钢管混凝土肋拱桥自振特性及汽车荷载作用下动力响应的研究.pdf
文档介绍:
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摘要
本文首先分析了钢管混凝土这种新兴组合材料的受力特
点,综述了钢管混凝土拱桥和车辆荷载作用下桥梁结构振动研
究的历史与现状。在此基础上以瓷都大桥为例,采用空间梁单
元、三维杆件单元以及板单元模拟实桥,建立了全桥自振特性
分析模型,计算得到了其自振特性。在自振特性计算中采用钢
管混凝土统一理论,将钢管混凝土化为单一材料计算钢管混凝
土构件的材料特性及构件的截面几何特性。全面分析、比较了
各部分结构参数的改变对自振特性的影响。对此类结构自振特
算模型进行了综合评价。
采用三维汽车模型,基于模态综合法的原理将车辆一钢管
混凝土拱桥视为相互作用的动力系统,并考虑车辆在桥上的不
同位置以及不同车辆数目和不同车速等复杂情况,推导了车
桥体系的动力平衡方程组,用逐步积分法求解。在验证本文所
编制程序的基础上,应用这种方法首次从理论上计算了汽车车
辆通过桥梁时车辆和钢管混凝土拱桥的空间动力响应。针对实
际桥梁结构的多种不同工况,进行了大量的数值计算,得到了
一些对钢管混凝土拱桥研究、设计有价值的结论小、
关键词钢管混凝土拱桥自由振动车龟桥梁合振动模
态综合法冲击系数数值解法
典尚设计-路桥效果图、三维动画

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钢管混凝土由于其良好的力学性能,特别适宜于应用在以
承受压力为主的拱式体系中,又由于其在施工上的优越性能带
来和促进了拱式体系施工方式的进展。其中,钢管混凝土肋拱
桥结构新颖,造型优美,这些优点使钢管混凝土拱桥得到了日
益广泛的应用。据不完全统计, 自从年四川旺苍东河大
桥建造以来, 目前我国己建和在建的钢管混凝土拱桥己达五十
余座。我国的桥梁工作者在设计与施工方面积累了比较丰富的
经验。
但是,迄今为止,我国还未颁布针对钢管混凝土拱桥设计
的专门规范,工程师们在设计中一般还沿用钢筋混凝土拱桥的
设计规范。由于钢管混凝土构件为一种组合结构,在受力过程
中紧箍力不断变化,从而使钢管混凝土的材料特性不断发生变
化,实际工程中截面特性和刚度的合理计算有待于深入探讨。
在设计过程中,工程师们采用各种简化的计算方法。实际工程
的设计迫切需要对钢管混凝土拱桥的设计理论进行系统的研
究。
桥梁在车辆荷载作用下及地震荷载下的响应是桥梁设计分
析中的重要问题。自振特性是桥梁在车辆荷载作用下动力响应
分析和地震响应等一系列分析研究的前提和基础,由于钢管混
凝土构件的动力性能尚未被充分认识,而且钢管混凝土肋拱桥
结构比较复杂,分析时需要采用众多不同类型单元,另外边界
条件的合理确定也有待于解决,因此钢管混凝土拱桥的动力研
究存在着一定的难度,有关大跨度钢管混凝土肋拱桥自振特性
的研究还比较少。大跨度钢管混凝肋拱桥一般为多车道,因此
桥上车行状况比较复杂,如何模拟这种情况还需要在理论模型
典尚设计-路桥效果图、三维动画

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建立、程序编制技巧上做进一步的工作。目前车辆荷载作用下
的钢管混凝土拱桥振动的理论研究还未见到公开发表的文献,
这方面的研究尚是空白,而处于起步阶段。
综上所述,本文针对这些问题作了一些探索性的工作,这
些工作有如下几方面的特点
建立了钢管混凝土肋拱桥自振特性的空间分析模型,得到
了大跨度钢管混凝土肋拱桥的自振特性,并全面分析了各部分
结构参数对自振特性的影响
讨论了钢管混凝土肋拱桥的主要构件钢管混凝土拱肋和横
撑的截面特性计算方法,提出了应用钢管混凝土统一理论进行
计算的方法,使拱桥中有关钢管混凝土构件的计算有比较合理
的理论依据
应用模态分析法的原理,采用空间车辆模型结合桥梁的自
振特性,建立车一桥体系的相互作用的运动方程。采用数值方
法,编制了求解车辆和桥梁的动力响应的计算程序。由于桥梁
模型并不特别限定于具体的桥梁形式,所以此程序具有较好的
通用性
对车辆模型进行了系统化处理。考虑到公路桥梁上复杂的
车行状况,在程序中可处理多车道、不同车辆数、不同轮对数、
不同车辆参数和不同车速等复杂情况。对车辆参数的车辆质量
和刚度进行简化还可以模拟仅考虑轴重荷载的情况,使其适用
于比较简单的情况
首次从理论上研究钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的动
力响应问题。应用所编制的程序,对实际的钢管混凝土拱桥在
多种车辆行使情况下不同车数、不同
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  • 时间2015-01-29