寬鋼箱梁精細(xì)化模型的車橋耦合振動分析.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越大。由于上述兩方面原因決定了車輛荷載在橋梁總荷載中的比重日益增大，因此在車輛荷載作用下橋梁的動力響應(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)行車橋耦合動力分析。
　　車橋耦合振動一般不會導(dǎo)致橋梁整體的毀壞，但是車輛過橋時，引

2、起橋面的局部振動的大小和對橋面板的損壞程度尚無定論，但是在車輛荷載長期作用下，由于這樣的局部振動會使橋面板出現(xiàn)疲勞、老化、開裂等問題。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問題將有助于人們更好地完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、規(guī)范車輛荷載并減少橋梁損壞。
　　目前在分析車-橋耦合振動時，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線性地描述橋面車輪處的振動。對于寬箱梁結(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)装寰植空駝拥挠绊?。由于輪下橋面板的振動直接影響?橋之間作用力的大小與方向，從而影響橋梁與車輛的振動性能評價，因此，對于寬箱梁橋梁有必要建立精細(xì)化的模型對車-橋耦合振動影響的方式及水平開展具體研究，并對此類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)算作出評價。
　　本文在總結(jié)已有的車-橋耦合振動研究成果基礎(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-

4、橋耦合振動分析軟件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，選擇對剪切剛度項(xiàng)采取低階積分的方法來克服板的剪切閉鎖問題，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、，而一個任意四邊形被它的形心點(diǎn)劃分為4個三角形，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，針對某三跨連續(xù)鋼箱梁橋開展了精細(xì)化車橋耦合振動分析，并與桿系橋梁模型的動力響應(yīng)進(jìn)行對