基于车-桥耦合方法的曲线桥疲劳寿命研究

摘要

为了评估混凝土曲线桥梁在多工况影响下的疲劳性能，建立车辆和桥梁两个子系统的振动方程。利用模型接触点的位移协调条件和力学平衡条件建立车-桥耦合振动方程，利用有限元模型模态分析，将一阶频率、二阶频率、耦合模型计算出的跨中挠度位移与实测数据进行对比，校验模型可靠性，考虑温度、车辆行驶速度、桥面不平顺等工况，基于有限元分析软件Ansys进行了车辆荷载作用下混凝土曲线桥动力响应分析，确定了模型疲劳危险点，并获得不同工况下的等效应力数据。根据雨流计数法对应力数据进行统计处理，基于断裂力学理论确定了曲线桥梁主要构件初始裂纹长度、断裂类型、临界裂纹长度、混凝土曲线桥梁裂纹扩展寿命计算方法。研究提出了以疲劳分析为目标的车桥耦合振动响应分析方法、曲线桥梁疲劳剩余使用寿命评估方法，解决了不同工况对疲劳剩余使用寿命的影响等问题。结果表明：裂纹扩展呈现初期缓慢、后期加速的指数型增长特征；车辆行驶位置和温度梯度对疲劳寿命影响显著，而桥面不平顺等级变化影响相对较小。

关键词

曲线桥 / 车-桥耦合 / 疲劳剩余使用寿命 / 桥面不平顺