重载车辆作用下简支T梁桥的动力响应特性研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

重载车辆作用下简支T梁桥的动力响应特性研究

发表时间：2021/4/27 来源：《基层建设》2020年第33期作者：应旭永1 孙震2

[导读] 摘要：基于有限元方法，对某20m跨的简支T梁桥自振特性和重载车辆作用下动力响应特性进行了分析，结果表明简支T梁桥具有较大的刚度，且主要振型以竖弯为主；偏载作用下的跨中最大动挠度比同等条件下中载作用产生的最大动挠度要70%左右。

        苏交科集团股份有限公司江苏南京 211112
        摘要：基于有限元方法，对某20m跨的简支T梁桥自振特性和重载车辆作用下动力响应特性进行了分析，结果表明简支T梁桥具有较大的刚度，且主要振型以竖弯为主；偏载作用下的跨中最大动挠度比同等条件下中载作用产生的最大动挠度要70%左右。所得结论可为简支T梁桥的设计提供参考。
        关键词：T梁桥，重载车辆，动力响应，有限元
        1.引言
        在我国当前的运输格局下，以高速公路为主体、其他各级公路为辅的公路通道运输的形成，以及公路货运量的逐年增长，导致当前超载超限运输普遍存在。大量重载车辆在道路桥梁上运行，交通压力巨大，重载车辆超载及拥堵导致桥梁坍塌的事故也时有发生。T 梁桥是公路和城市桥梁中最常见的基本桥型之一，其动力特性一直是桥梁设计过程中中最关键的问题。本文通过对某20m跨的简支T梁桥自振特性和重载车辆作用下动力响应特性的分析，为相关结构的设计提供参考。
        2.空间有限元模型建立
        采用梁格法建立空间有限元模型。建模时，在每片T梁处建立一条纵梁，虚拟横梁的间距取0.5m，将纵梁和虚拟横梁组成了一个梁格系，并在一些变化较大的地方，如支点处适当加密网格。由于建立的虚拟横梁，有限元软件会根据截面面积及材料容重自动计算其自重，但是在纵向构件中已计入结构顶板与腹板的自重，因此虚拟横梁不再计入自重。在支点处、1/4跨处截面、跨中截面和3/4处截面共设置5道横隔板，根据实际位置和尺寸建立。建模时，同时考虑防撞护栏、栏杆底座、桥面铺装等附属结构对桥梁结构动态响应的影响。

        图1 T梁桥（中心港桥）空间有限元模型
        3.自振特性分析
        自振特性计算结果如表3-2和图3-5所示。可见主要有以下特点：
        （1）该空心板梁桥的基频为6.277Hz，基本周期0.159s。该桥自振周期较小，说明其具有较大的刚度。此桥在人行激励的作用下不易发生振动，但是在重载车辆行驶激励作用下易于发生振动。随着模态数的增加其自振频率不断增加，且增加的幅度在模态数较小时，自振频率增加幅度较小，随着模态数目的增加，该桥自振频率增加的幅度也较大。
        （2）根据桥梁的前20阶模态的典型模态及自振频率分析，可以发现简支 T 梁桥在振动过程中主要以竖弯变形为主。
        （3）在前几阶模态分析中，桥梁并未出现扭转变形，说明桥梁的横隔板数目设置足够，且桥梁横截面抗扭刚度也较高。
        （4）各片板梁之间的横向联系主要依靠湿接缝和横隔板连接，由于横向抗弯刚度小于纵向抗弯刚度，因此出现了T梁之非同步振动的振型。
        表3-2 T梁桥自振特性

（a）一阶同步对称竖弯，f=6.277Hz

（b）一阶对称侧弯，f=8.538Hz

        （c）一阶同步反对称竖弯，f=23.929Hz
        图2 T梁桥（中心港桥）典型阵型图
        4.重载车辆作用下动态响应特性
        34t加载车在20km/h时速行驶下，中载和偏载作用于桥梁产生的跨中动挠度时程的计算结果对比如图3~4所示。可见中载和偏载作用下T梁的动态响应变化趋势相同，车辆驶离桥跨后挠度趋于零，体现了简支梁的受力特点。在偏载作用下，最大挠度发生在最左侧1号板梁跨中位置；最右侧5号梁有略微上挠的趋势。在中载作用下，最大挠度发生在中间3号T梁跨中位置；因为中间车道位于桥跨结构中央横向偏右位置，因此右侧的4号和5号梁跨中挠度要略大于左侧的2号和1号梁跨中挠度。偏载作用下的最大动挠度比同等条件下中载作用产生的最大动挠度要大，偏载下动挠度偏大70%左右。

图3 偏载作用下各片梁跨中挠度时程曲线

        图4 中载作用下各片梁跨中挠度时程曲线
        5结论
        本文基于有限元方法，对某20m跨的简支T梁桥自振特性和重载车辆作用下动力响应特性进行了详细的分析，结果表明简支T梁桥具有较大的刚度，且主要振型以竖弯为主；中载和偏载作用下T梁的动态响应变化趋势相同，车辆驶离桥跨后挠度趋于零，体现了简支梁的受力特点；偏载作用下的跨中最大动挠度比同等条件下中载作用产生的最大动挠度要70%左右。所得结论可为简支T梁桥的设计提供参考。
        参考文献：
        [1]傅志方.模态分析理论与应用[M].上海交大出版社，2000.
        [2]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].中国铁道出版社，2000.