【摘要】：在需要公路和鐵路同時(shí)跨越的江河,公鐵兩用橋梁實(shí)現(xiàn)了兩種線路的共用通道,節(jié)省了空間占用和施工費(fèi)用,具有高效性和良好的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)大跨度公鐵兩用橋梁而言,風(fēng)與列車(chē)荷載是最常見(jiàn)的激勵(lì)源,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能的影響較大。本文以一座主跨1092m的公鐵兩用斜拉橋——滬通長(zhǎng)江大橋?yàn)楣こ瘫尘?計(jì)算了風(fēng)與列車(chē)荷載作用下大跨度橋梁的非線性靜動(dòng)力響應(yīng),分析了橋梁結(jié)構(gòu)安全性及橋上列車(chē)的安全和平穩(wěn)性。主要研究工作及成果如下:(1)結(jié)合國(guó)內(nèi)外大跨度斜拉橋特別是大跨度公鐵兩用斜拉橋的發(fā)展?fàn)顩r,回顧了風(fēng)與列車(chē)荷載作用下,大跨度橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定、風(fēng)致振動(dòng)、車(chē)橋耦合作用等問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。闡明了對(duì)大跨度公鐵兩用斜拉橋進(jìn)行風(fēng)-車(chē)-橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析的意義和必要性。(2)在滬通大橋的橋址區(qū)開(kāi)展了風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè),根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了自然風(fēng)場(chǎng)中平均風(fēng)與脈動(dòng)風(fēng)的特性指標(biāo);通過(guò)擬合得到了實(shí)測(cè)風(fēng)譜歸一化公式的參數(shù);基于此,采用譜表示法模擬滬通大橋的全橋三維風(fēng)速場(chǎng),建立了車(chē)-橋系統(tǒng)的風(fēng)荷載模型。(3)以多剛體車(chē)輛模型為理論基礎(chǔ),建立了多自由度的車(chē)輛振動(dòng)系統(tǒng)并編制了計(jì)算程序;采用ANSYS軟件建立了橋梁有限元模型并分析了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,考慮了纜索垂度效應(yīng)、梁柱效應(yīng)和大位移效應(yīng)三種幾何非線性因素的作用;結(jié)合車(chē)輛、橋梁和風(fēng)荷載模型,建立了風(fēng)-車(chē)-橋耦合動(dòng)力分析系統(tǒng),分別求解橋梁與車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)方程,通過(guò)輪軌相互作用將二者耦聯(lián),依據(jù)全過(guò)程迭代法,編制了系統(tǒng)間迭代計(jì)算程序。(4)介紹了大跨度橋梁靜風(fēng)穩(wěn)定性分析方法,編制了考慮靜風(fēng)荷載非線性和結(jié)構(gòu)幾何非線性的靜風(fēng)失穩(wěn)計(jì)算程序,驗(yàn)算了滬通大橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性,研究了橋梁的失穩(wěn)機(jī)理,比較了不同因素對(duì)結(jié)構(gòu)靜風(fēng)失穩(wěn)的影響。結(jié)果表明,滬通大橋的靜風(fēng)失穩(wěn)形態(tài)為空間的彎曲-扭轉(zhuǎn)組合變形;失穩(wěn)臨界風(fēng)速遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)風(fēng)速,結(jié)構(gòu)驗(yàn)算安全;初始風(fēng)攻角對(duì)橋梁靜風(fēng)穩(wěn)定性的影響較大,隨著風(fēng)攻角的增大,臨界風(fēng)速逐漸減小并趨于穩(wěn)定;受橋梁幾何非線性的影響,靜風(fēng)失穩(wěn)臨界風(fēng)速降低。(5)計(jì)算了風(fēng)與列車(chē)荷載作用下滬通大橋及橋上車(chē)輛的動(dòng)力響應(yīng),分析了風(fēng)速、車(chē)速、軌道不平順、結(jié)構(gòu)幾何非線性以及多線行車(chē)等多種工況下大跨度橋梁動(dòng)力響應(yīng)和橋上列車(chē)運(yùn)行安全。結(jié)果表明:1)大跨度橋梁的橫向、扭轉(zhuǎn)響應(yīng)主要由風(fēng)力控制,而豎向響應(yīng)受列車(chē)荷載的影響較大,但風(fēng)速越高,列車(chē)的影響相對(duì)減弱;2)隨車(chē)速的增加,車(chē)輛的多項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)指標(biāo)逐步增大,而橋梁的動(dòng)力響應(yīng)受車(chē)速的影響較小,橫向與扭轉(zhuǎn)響應(yīng)呈波動(dòng)變化;3)軌道不平順對(duì)橋梁的影響較小,而對(duì)車(chē)輛的影響較大,是車(chē)輛高頻振動(dòng)的最主要激勵(lì)源,在考慮其他因素影響的研究中,需排除軌道不平順的隨機(jī)性帶來(lái)的偏差;4)多趟列車(chē)過(guò)橋時(shí),橋梁的豎向和扭轉(zhuǎn)響應(yīng)變化較大,隨著行駛列車(chē)數(shù)目的增加,車(chē)輛的振動(dòng)也有所增大,受風(fēng)荷載作用,迎風(fēng)側(cè)車(chē)輛的動(dòng)力響應(yīng)最大;5)橋梁幾何非線性對(duì)車(chē)-橋系統(tǒng)的影響明顯,考慮非線性因素的作用時(shí),橋梁與車(chē)輛的動(dòng)力響應(yīng)均增大。三種非線性因素中,大位移效應(yīng)的影響最顯著,橋梁與車(chē)輛的多項(xiàng)動(dòng)力響應(yīng)均有增大,垂度效應(yīng)主要影響橋梁與車(chē)輛的豎向響應(yīng),梁柱效應(yīng)的影響較小。6)單線行車(chē)時(shí),當(dāng)車(chē)速200km/h,瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)35m/s以上,或者當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)速30m/s,車(chē)速達(dá)220km/h及以上時(shí),列車(chē)的運(yùn)行安全性受到威脅。多線行車(chē)時(shí),當(dāng)車(chē)速為200km/h,瞬時(shí)風(fēng)速30m/s時(shí),迎風(fēng)側(cè)列車(chē)的運(yùn)行安全性受到威脅。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U448.27
【圖文】：

斜拉橋）的形式。逡逑斜拉橋，又稱(chēng)斜張橋，是通過(guò)多根拉索將主梁與橋塔錨固在一起的纜索承重逡逑橋［３］，其基本形式如圖１．１所示，斜拉橋的基本結(jié)構(gòu)包括承彎的主梁、承壓的橋塔、逡逑承拉的斜拉索以及橋墩、橋臺(tái)等輔助結(jié)構(gòu)。根據(jù)各結(jié)構(gòu)的材料、外形的不同，斜逡逑拉橋具有外形多變新穎的特點(diǎn)。橋塔結(jié)構(gòu)根據(jù)外形的不同可分為Ａ型、倒Ｙ型、逡逑Ｈ型、獨(dú)柱等；主梁可采用混凝土、鋼箱梁、鋼混組合梁、桁架梁等多種形式；逡逑斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。逡逑圖１．１斜拉橋的基本形式示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｄｕｌｅ邋ｏｆ邋ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑第二次世界大戰(zhàn)之后，斜拉橋作為一種新的結(jié)構(gòu)形式，迅速發(fā)展起來(lái)。世界逡逑上第一座近代斜拉橋，斯德羅姆海峽公路橋，由德國(guó)工程師迪辛格爾（Ｆ．Ｄｉｓｈｉｎｇｅｒ）逡逑研究并設(shè)計(jì)，于１９５５年在瑞典建成［３］。拉索體系的跨越優(yōu)勢(shì)較大，且較之懸索結(jié)逡逑構(gòu)經(jīng)濟(jì)性好，斜拉橋在８００ｍ以內(nèi)的跨度范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)明顯，而在超過(guò)８００ｍ的大跨逡逑度橋梁中，斜拉橋也因其經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性好、跨越能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)逐漸發(fā)展起來(lái)，逡逑成為大跨度橋梁的重要橋梁形式［３，４］，在大跨度橋梁領(lǐng)域己成為設(shè)計(jì)中選擇的最主逡逑要橋型。而隨著設(shè)計(jì)方案、材料性能與施工工藝等科學(xué)技術(shù)水平的逐漸發(fā)展

與單獨(dú)的公路橋和鐵路橋相比，公鐵兩用橋梁所承受的車(chē)輛荷載更大，且因逡逑為公路鐵路分線行駛而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)斷面的要求更高。公鐵兩用橋梁，目前常用的逡逑主梁形式有上下兩層橋面和平層橋面布置兩種。圖１．２給出公鐵兩用橋梁主梁斷面逡逑的示例。圖１．２ａ）為平層橋面形式，當(dāng)公路線與鐵路線的行車(chē)通道較多時(shí)，如采用逡逑平層橋面主梁斷面的寬度較大，設(shè)計(jì)及施工難度提升，因而較少采用。圖１．２ｂ）為逡逑上下層橋面形式，公路、鐵路上下分層形式的主梁，較多采用鋼桁架梁或鋼箱梁逡逑結(jié)構(gòu)，下層為鐵路線，上層為公路線，在某些橋梁中，也出現(xiàn)過(guò)上層鐵路，下層逡逑公路的分層形式。逡逑４逡逑

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 鄭小雨;大跨徑斜拉橋成橋及施工階段的幾何非線性影響分析[D];北京交通大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2720603