【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要組成部分,對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有巨大的推進(jìn)作用,其運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的安全與否關(guān)乎著人民生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)的長(zhǎng)治久安。然而,橋梁作為功能性建筑,其建成之后往往需要服役上百年的時(shí)間。由于橋梁結(jié)構(gòu)所處環(huán)境十分復(fù)雜,在長(zhǎng)期的服役過(guò)程中,會(huì)受到各種因素的影響(材料老化、環(huán)境侵蝕、超載運(yùn)行、自然災(zāi)害等),不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷以及服役性能的降低。車(chē)輛作為移動(dòng)載荷,相比等效靜載荷會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的撓度和應(yīng)力。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷時(shí),其服役性能的降低主要體現(xiàn)在荷載作用下?lián)p傷橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的增大。因此,分析車(chē)輛作用下在役橋梁結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)對(duì)于評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)意義重大。而裂縫作為橋梁結(jié)構(gòu)損傷的主要病害之一,裂縫的存在增加了局部柔度,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度降低,進(jìn)而改變了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),時(shí)刻危害著橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。針對(duì)荷載作用下裂縫梁式橋的動(dòng)力響應(yīng)分析仍是土木工程領(lǐng)域的前沿課題。在我國(guó)的公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,中小跨徑混凝土橋梁應(yīng)用廣泛。依據(jù)主梁的組成形式,中小跨徑梁式橋可分為整體式及多片式兩大類。隨著混凝土梁橋服役期的延長(zhǎng),在役的橋梁結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)出現(xiàn)不同程度和不同形式的病害。對(duì)于整體式橋梁,其病害主要體現(xiàn)在梁體受彎產(chǎn)生的縱向裂縫;而對(duì)于多片式橋梁,不僅主梁會(huì)產(chǎn)生裂縫損傷,其橫向連接受損也是主要的病害之一,典型特征為橫隔板連接處開(kāi)裂。橫隔板出現(xiàn)裂縫損傷會(huì)降低橋梁結(jié)構(gòu)的整體性,直接影響了荷載的橫向分布規(guī)律,導(dǎo)致受力梁撓度增大,極易出現(xiàn)破壞。因此,探究整體式橋梁的縱向裂縫損傷、多片式橋梁的主梁裂縫損傷和橫向連接裂縫損傷對(duì)車(chē)輛作用下橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響是十分有意義的。為了解決以上問(wèn)題,本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮車(chē)輛和溫度耦合作用的中小跨徑梁式橋固有頻率分析方法研究”和吉林大學(xué)種子基金項(xiàng)目“車(chē)輛作用下中小跨徑梁式橋固有頻率分析方法研究”,開(kāi)展了移動(dòng)車(chē)輛作用下裂縫梁式橋動(dòng)力響應(yīng)分析,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立了具有任意截面形式的平面裂縫梁?jiǎn)卧Ｐ秃涂臻g裂縫梁?jiǎn)卧Ｐ�。基于斷裂力學(xué)理論推導(dǎo)了裂縫梁?jiǎn)卧膯卧獎(jiǎng)偠染仃?根據(jù)板單元、平面和空間完好梁?jiǎn)卧男魏瘮?shù)推導(dǎo)了各自的單元?jiǎng)偠染仃嚭鸵恢沦|(zhì)量矩陣,并組裝集成了帶有裂縫損傷的橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。假設(shè)橋梁阻尼為瑞利阻尼,基于模態(tài)疊加法分別建立了平面和空間裂縫梁模型的運(yùn)動(dòng)平衡方程。(2)采用平面半車(chē)模型,基于達(dá)朗伯原理建立了車(chē)輛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平衡方程;通過(guò)車(chē)橋耦合系統(tǒng)的位移協(xié)調(diào)條件和作用力平衡關(guān)系,在考慮橋面不平整度的情況下,建立了車(chē)橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)方程并得到了平面裂縫梁?jiǎn)卧男魏瘮?shù)矩陣;確定了呼吸裂縫的開(kāi)口、閉合狀態(tài)判定依據(jù),采用Newmark-b方法求解了移動(dòng)車(chē)輛作用下帶有呼吸裂縫的梁式結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng);最后,通過(guò)與已有文獻(xiàn)的比較驗(yàn)證了本文方法計(jì)算車(chē)橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的可靠性,并在數(shù)值算例中以整體式混凝土連續(xù)梁為例,討論了橋面不平整度和車(chē)輛移動(dòng)速度對(duì)整體式裂縫連續(xù)梁動(dòng)力響應(yīng)的影響。(3)采用空間整車(chē)模型,基于達(dá)朗伯原理建立了車(chē)輛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平衡方程;通過(guò)車(chē)橋耦合系統(tǒng)的位移協(xié)調(diào)條件和作用力平衡關(guān)系,在考慮橋面不平整度的情況下,建立了車(chē)橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)方程,并得到了移動(dòng)車(chē)輛作用下帶有呼吸裂縫的多片梁式結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。在數(shù)值算例中以某鋼筋混凝土多片簡(jiǎn)支T梁為例,討論了主梁和橫隔板出現(xiàn)裂縫損傷對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響,并側(cè)重研究了橫隔板出現(xiàn)損傷時(shí),裂縫位置、車(chē)輛橫橋向行駛位置和橋面不平整度對(duì)多片簡(jiǎn)支T梁動(dòng)力響應(yīng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U441
【圖文】：

過(guò)圖 2.9 可以發(fā)現(xiàn)，采用本文方法計(jì)算裂縫懸臂梁的一階頻率折減系數(shù)與果吻合較好，最大相對(duì)誤差為 0.2%。說(shuō)明了采用本文方法建立平面裂縫靠性。間裂縫梁模型的可靠性了驗(yàn)證本文方法建立空間裂縫梁模型的可靠性，采用 ANSYS 有限元分析帶有矩形截面的裂縫簡(jiǎn)支梁的三維有限元模型。所采用的矩形截面簡(jiǎn)支梁料參數(shù)如下：梁長(zhǎng) l 10m；矩形截面寬 b 0.3m、高 h 0.2m；彈性105 1 0Pa；材料密度3 2500k g /m；泊松比 0.3。裂縫位于距簡(jiǎn)支梁左5m 處，且相對(duì)裂縫深度變化范圍為 a h 0.0~ 0.3。 ANSYS 有限元模擬中，采用八節(jié)點(diǎn) SOLID45 單元來(lái)模擬三維梁?jiǎn)卧�。除的梁�(jiǎn)卧�，每個(gè) SOLID45 單元的長(zhǎng)度均為 0.1m，裂縫寬度為 0.01m。裂縫維有限元模型如圖 2.9 所示。

移動(dòng)車(chē)輛作用下帶有呼吸裂縫的梁式橋動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算流程圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2712671