公路连续梁桥冲击系数的探讨

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1、第34卷第14期山西建筑V01．34No．142008年5月SHANXIARCHITECTUREMay．2008·347·文章编号：10096825(2008)140347．02公路连续梁桥冲击系数的探讨张元文姜长宇摘要：通过建立四座三跨连续梁桥在移动车辆荷载作用下的有限元模型，给模型赋不同的参数，研究了连续梁桥自振频率和车辆自振频率对车辆冲击效应的影响，分析表明，对于连续梁桥的冲击系数，除了基频对其有影响外，桥梁第二阶、第三阶频率以及车辆自身的动力特性对其也有影响。关键词：有限元模型，自振频率，动力特性中图分类号：U441文献标识码：A许多研究表明桥梁自振频率是影响桥梁振动的主

2、要变量之z·+一，所以2004年10月交通部颁布实施的《公路桥涵设计通用规范》直接将汽车荷载作用效应的冲击系数公式表示为桥梁基频厂·州(z一~t)IM的函数，即：(￡)一(z，￡)]+c1[乏(￡)一盟]}(2)当，<1．5Hz时，=0．05；当1．5Hz≤／≤14Hz时，=0．17671nf一0．0157；其中，优(z)为桥梁单位长度的质量；j(z)为桥梁的截面惯当厂>14Hz时，=0．45。性矩；C(z)为桥梁阻尼系数；其他符号意义同前。由于绝大多数混凝土梁桥的基频基本满足1．5Hz≤厂≤2实例分析14Hz的范围，因此由上式可看出，一般情况下汽车荷载效应的冲以三跨连续梁桥为例

3、，为了研究连续梁桥的动力特性，文中击系数随桥梁自振频率的增大而增大。采用通用的有限元程序ANSYS对其进行建模和计算分析，桥跨《公路桥涵设计通用规范》中的冲击系数公式对简支梁桥是结构用梁单元模拟。通过计算，不同跨径的连续梁桥的前三阶自合理的，文中主要讨论了连续梁桥自振频率和车辆自身动力特性振频率计算结果见表1。对冲击系数的影响。表1连续梁桥前三阶自振频率1车一桥相互作用数学模型跨径长度／mfl／I-Izf2／I-I~h／I-Iz假设一个车轴的轮子在行驶时受到的跳动不会传到另一个42+60+422．09033．70584．369845+30+452．4044．5426．051车轴上

4、，则两轴车辆的振动可以分解为两个独立的弹簧质量振动23+34+233．409163o067．3923体系l4J，因此，考虑桥面不平度的车一桥相互作用模型可进一步17+20+177．44610．70613．632简化为图1的形式。表2车辆计算参数车型车轴轴重／N弹簧刚度／N·m一1阻尼系数／N·(m·s)I1前后轴间距／m标准车前轴42800370o0012o004后轴106900206000030o00．19加重车前轴5650037000012Ooo4后轴1435002060Ooo30000．19文中采用两种形式车辆，计算参数见表2，车辆计算参数取自哈尔滨工业大学桥梁试验室试验车

5、的真实参数。根据结构力学图1车一桥相互作用模型动力学知识可知，车辆自振频率与其质量和刚度的关系为：图1中的h(z)为车轮作用位置的桥面不平度值，其对行驶车辆的激励用函数h(t)表示，其中z=vt。考虑桥面不平度作用，：：0-05(3)的一个弹簧质量振动体系(一个车轴)的振动方程为：其中，M为车辆前轴(或后轴)的质量，其大小等于表2中的(￡)+c1[乏(￡)一1：一丘(￡)]+k1[(￡)一轴重除以重力加速度，文中重力加速度取值为10；k为车辆前轴(或后轴)弹簧刚度。将表2中的相关数据代入式(3)即可求得标y(x，t)I一h(t)]=0(1)准车辆的前后轴自由振动频率的大小分别为1

6、．48和2．21，加其中，Y(z，t)为桥梁的竖向位移；(t)为簧上质量的位移；重车辆的前后轴的自振频率大小分别为1．29Hz和1．91Hz。k1，C1分别为车辆的弹簧刚度和阻尼系数；M为簧上质量；为文中主要是研究车辆和桥梁自身的动力特性对桥梁动力响车辆的行驶速度。应的影响，所以为了减小桥面凹凸不平对结果的影响，计算时认假设在移动车辆荷载作用下梁桥的运动满足小变形理论，并为桥面凹凸状况良好(接近新修桥面)，即忽略了桥面不平度对车在弹性范围内，阻尼为粘性阻尼(即阻尼力与结构的振动速度成辆一桥梁相互作用系统的影响。表3列出的是一辆加重车以不正比)，则移动车辆荷载作用下连续梁桥的振动方

7、程为(模型见同速度在桥面驶过后，三跨连续梁桥各控制截面的动弯矩最大值图1)：和静弯矩最大值的比值(用动力放大系数一表示)；表4列出了收稿日期：200801—26作者简介：张元文(1976)，男，助理工程师，江苏省交通科学研究院，江苏南京210017姜长宇(1978)，男，工程师，东南大学建筑设计研究院，江苏南京210096第34卷第14期山西建筑V01．34No．14·348·2008年5月SHANXIARCHITECrUREMay．2008文章编号：1009．6825(2008