4种车辆模型作用下t形刚构桥冲击系数对比研究

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1、中外公路第2284第6期13O008年12月文章编号：1671—2579(2008)O6一O13O—O44种车辆模型作用下T形刚构桥冲击系数对比研究吴铭汉。桂水荣。。陈水生(1．江西现代路桥工程总公司，江西南昌334000；2．华东交通大学)摘要：对比研究了4种车辆模型(移动弹簧质量车模型、四分之一车模型、二分之一车模型及整车模型)作用下T形刚构桥的冲击系数。结果表明：光滑桥面下，4种车辆模型作用下桥梁的冲击系数接近；考虑桥面不平顺影响下，移动弹簧质量车模型及四分之一车模型不适宜于研究离散桥面不平顺冲击系数，二分之一车模型及

2、整车模型冲击系数接近；最后将实桥检测结果与数值模拟结果进行对比，结果显示该桥冲击系数基本满足《公路桥涵设计通用规范》(JTGD6O一2004)(简称O4《桥规》)的要求。关键词：T形刚构桥；冲击系数；车辆模型；桥面不平整分之一车模型及整车模型)作用下，光滑桥面和实测桥1引言面不平顺下T形刚构桥的冲击系数变化关系；并将实测数据与整车模型的数值模拟结果对比，结果表明该桥梁在移动荷载作用下的强追振动，属桥梁动力T形刚构桥冲击系数在该试验车作用下，冲击系数基学中困难而又十分重要的研究课题。由于荷载是移动本满足04《桥规》要求。的，而

3、车辆本身也是一个带有质量的振动系统，使桥梁一车辆耦合系统的动力特性随荷载位置的移动而不断2车一桥耦合模型变化，给桥梁的强迫振动研究带来了困难。而桥梁的强迫振动影响因素比较复杂，主要有：车辆的动力特目前，国内研究车桥耦合振动响应主要采用移动性、桥梁结构的动力特性、车速、桥头引道与桥面平整弹簧质量车模型、四分之一车模型、二分之一车模型及度、桥头沉陷及伸缩装置的状况、车辆的数量和在桥上整车模型4种车辆模型(图1)。在建立车桥耦合振动行驶的位置。由于上述各种因素的影响，车辆对桥梁模型过程中，以车轮与桥面接触处为界，将车桥系统分产生的

4、动力效应往往会大于其静止作用在桥梁上所产为车辆与桥梁两个子系统，分别建立车辆与桥梁振动生的静力效应，在公路桥梁设计规范中用冲击系数(1方程，车辆振动方程可以写成通式：+)来反映车辆对桥梁产生的动力效应。冲击系数[M]{2)+[]{2)+EK]{Z}一{)(2)定义为最大动态位移和最大静态位移之比，即：式中：{}为车辆振动过程中，车辆各自由度的惯性一A咖／A一1+(1)荷载列向量。然而，以往的文献多集中于研究单一车辆模型对桥梁的振动方程为：桥梁的冲击效应，很少从理论上研究不同车辆模型对[M6]()+[C6]{(，)+CK]{U

5、)一一{F}一桥梁冲击系数的影响。本文以鄱阳至余干二级公路上{F)(3)的乔木湾乐安河T形刚构桥为工程背景，研究了4种式中：{F)为车辆振动过程中，各车轮作用于桥面的车辆模型(移动弹簧质量车模型、四分之一车模型、二动荷载向量；{)为车辆重力引起的静荷载向量。收稿日期：20O7一O9—19基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：50868007)；江西省自然科学基金资助项目(编号：550012)作者简介：吴铭汉，男，高级工程师．6期4种车辆模型作用下T形刚构桥冲击系数对比研究l31车辆与桥梁两者之间通过车轮与桥面接触处的位箱

6、梁结构特性分析表明，箱梁截面具有非常大的横向移协调与桥面相互作用力的平衡关系相联系，即车辆刚度，且横向刚度和竖向刚度相差一个数量级，因而有系统与桥梁系统之间相互作用力相等，因而有：限元建模分析过程中，忽略主梁横截面的变形，且不考-r0d：F+忌d△f+f△{(4)虑基础的沉降。根据上述假设，采用线弹性梁单元将式中：为车辆对桥梁的动荷载；A为第i个车轮相主梁结构离散成三维空间有限元模型，主墩墩身通过对于桥面的垂直位移，且有：换算截面刚度，也离散成三维空间有限元梁单元模型，Ai—zd一3，i+ri(5)边墩处支座为滑动铰支座，因

7、而不考虑边墩墩身刚度式中：Y为i车轮处桥梁的垂直位移；z为i车轮处车对主桥结构动力特性的影响。主桥上部结构及墩身材轮垂直位移．rI为i车轮处的桥面不平度。具体车桥料均主要由钢筋混凝土组成，钢筋对截面特性的影响，耦合振动模型推导参见文献[51。通过换算截面刚度进行考虑，钢筋混凝土材料弹性模量为33GPa，密度为2500kg／m。，泊松比0．167。有霉醋困__-J限元模型中，主桥上部结构的主梁及墩身均采用Beam4线弹性梁单元，上部结构每1m为一个梁单卑：元，每个单元刚度和面积均采用等效截面刚度和等效O截面面积；主墩墩身也采用

8、1m一个单元，全桥共计137个单元，采用有限元软件Ansys对其进行动力特性分析。}．垒．}Zb厂、＼舍图2乔木湾乐安河T形刚构桥(主桥)(单位：m)进行桥梁动载试验前，通过振动信号采集系统(c)二分之一车模型DH5932配合高灵敏度拾振器，测试试验车辆在给定初始激励后车体竖向振动位移，并