宽幅钢箱梁桥冲击系数研究.pdf

建世界
2016年第37卷第6期
doi:10.3963/j.issn,1674-6066.2016.06.009
宽幅钢箱梁桥沖击系数硏究
彦武,曹
刚',谢伟平
1.中交第二航务工程局有限公司,武汉430070:2.武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070)
摘要:合理的冲击系数取值对桥梁的安全性具有重要的意义。该文以某城市宽幅钢箱梁高架桥为背景,采用与
设计荷载等效的车队,研究了此类桥梁冲击系数取值规律,分析了车速、行车位置、阻尼比和路面不平度对桥梁冲击
系数的影响。研究结果表明:车辆对此类桥梁的冲击作用在横桥向存在显著的不均匀性,数值模拟得到的冲击系数
超过规范取值26%,阻尼比、路面不平度、年速与车辆作用位置的合效应对冲击系数有显著影响。
关键词:桥梁工程:冲击系数;车桥耦合振动;宽幅钢箱梁桥
Research on the Impact Factor of Wide Steel Girder Bridge
FANG Yan-wu.CAO Xiao-yu, YANG Zhi-gang XIE Wei-ping
(1. CCCC Second Harbor Engineering Co, Ltd, Wuhan 430070, China
2. School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Wuhan 130070, China
Abstract: Reasonable impact factor means a lot to the safety margin of bridge. In this paper. convoy equaled to de
sign load is adopted to analysis the impact factor of wide steel girder bridges. The influence of vehicle speed. load posi
tion, bridge's damping ratio, road roughness on the impact actor of bridges is analyzed. The results show that inhomo
geneity of impact in transverse direction exists on such bridges, the impact factor obtained by numerical simulation i
26% more than the value obtained by code, bridge's damping ratio, road roughness, coupling effect of vehicle speed and
load position have significant on the impact factor.
Key words: bridge engineering; impact factor; vehicle-bridge coupled vibration; wide steel girder bridge
在我国现行桥梁设计规范中,采用冲击系数表征车辆对桥梁的冲击作用,合理的冲击系数取值对于桥
梁设计的安全性具有重要的意义,广大学者24也针对不同类型的桥梁开展了大量的实测与理论分析工作。
大量的实测与文献资料表明,对于大跨度桥梁特別是桥梁频率与车辆频率区间吻合的桥梁,冲击系数可能
大于规范取值
文中针对某新建城市宽幅高架桥梁,建立了其车桥耦合振动分析模型,采用设计荷载对桥梁的冲击系数
进行了验证,并分析了不同因素对桥梁冲击系数的影响
1工程背景
某新建城市高架桥为三跨连续钢箱梁桥,跨度58m+89m+58m,桥面宽度33m,双向八车道,整幅布
置,设计时速80km/h,箱型截面为单箱六室封闭截面,下部为H形双柱实体墩,墩高约10m,敗柱中心间
距8.5m,支座采用JQGZ万向球形支座。
2车桥耦合振动模型的建立
2.1桥梁模型
由于此类大悬臂、薄壁结构存在显著的剪力滞效应,横截面内存在多种形状加劲肋,为了较好的模拟薄
收稿日期:2016-11-03
基金项目:国家自然科学基金面上项目(51178365).
作者简介:方彦武(1980-)工程师.E-mail:173716470(cq,com
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壁结构的特点,同时考虑顶板局部模态的影响,该文采用 ANSYS软件,利用其单元库中不同类型的单元组
合建立钢箱梁桥有限元模型,对桥梁各部分采用如下方式模拟:
1)上部主梁中顶板、底板、腹板、横隔板采用shel81单
元模拟,对于顶板的铺装层利用 shell81单元的可分层特性
定义不同的材料参数进行模拟,U、T、矩形加幼肋采用
beam188单元模拟;
2)下部结构中桥墩采用beam188自定义截面模拟,忽略
承台、桩、土,墩底采用六向弹簧( combine14)约束,弹簧刚度
参考文献[6,7进行取值,忽略阻尼;
图1全桥有限元模型图
3)纵向仲缩缝采用一维线弹簧 combine14进行模拟,弾簧刚度根据实测的纵向频率进行调整
建立好的全桥有限元模型见图1,对有限元模型进行模分析,分析得到的前十二阶模崧与实测模态数
据对比结果表1。
表1实测模态与有限元模态对比
阶次实测频率/Hz有限元频率/Hz频率相对误差/%
振型
1.329
1阶竖弯
1阶纵向
1阶横弯
2阶竖弯
阶横弯+中跨扭转
3阶竖弯
3.220
2.17
1阶扛转
由表1可得
1) ANSYS模型分析得到的前7阶频率与实测频率误差均在5%以内,误差较小,说明该文建立的桥梁
有限元模型具有较高的精度
2)桥梁颍率低而密集,扭转模态多而靠前,且桥梁频率区间与常用车辆车体的竖向自振频率1~3Hz区
间较重合。
3宽幅箱型梁桥沖击系数求解与影响因素分析
由实测模态数据可得该桥梁的一阶自振频率为1.320Hz,根据《公路桥梁设计通用规范》(JT(GrD60
2004)可得该桥的冲击系数为0.05。
为了便于说明,将一侧行车道从内到外的车道依次命名为L1、L2、L3、14.,另一側的车道从内到外依次
命名为R1、R2、R3、R4。汽超一20车队以60km/m速度匀速通过R3车道,计算中跨跨中各车道中心处的
冲击系数见表2。
表2中跨跨中不同位置处的局部冲击系数
位置
L2
RI
冲击系数
0.087
0.073
0.063
0.056
0.047
0.014
0.04
0.036
从表2可以得出:距离行车道R3最远的L4车道处桥梁的局部冲击系数最大,然而此时桥梁的竖向最
大位移是与偏载同侧的最外侧车道R4,因此应取R4车道处作为冲击系数的控制点,此种工况桥梁的冲击
系数为0).036。
3.1车辆行驶速度的影响
为了比较车辆行驶速度对中跨跨中截而冲击系数的影响,采用汽超-20车队分别在R1、R2、R3、R4车
道以40km/h、60km/h、80km/h、100km/h速度匀速通过,计算跨中截面冲击系数见图2。
从图2可