车流作用下大跨桥梁-伸缩缝一体仿真方法及动力分析

摘要

为实现车流过桥时的伸缩缝动力分析，针对桥梁-伸缩缝体系中主梁与伸缩缝尺寸相差悬殊、伸缩缝构造复杂、常规建模无法兼顾细部分析和计算效率的问题，提出桥-缝一体“十”字建模思路，建立了车-桥-缝分析系统，探究车流动态因素对伸缩缝动力响应的影响.首先，在厘清伸缩缝内部结构和构件运动关联的基础上，提出桥梁单元纵向划分、伸缩缝单元横向划分及梁端-伸缩缝多点约束有机连接的桥-缝一体“十”字建模思路，并建立背景桥梁的桥-缝一体有限元模型；其次，移动车辆荷载化并通过程序调用、编制衔接程序，实现车-桥-缝分析程序的贯通；最后，基于交通荷载调查数据，构建典型车流荷载工况，探究车重、车速、车辆分布等车流动态因素对车-缝结构的动态响应影响.结果表明：1）基于“十”字建模思路建立的桥-缝一体有限元模型，既满足计算效率又兼顾伸缩缝的细部构件.2）斜拉桥主梁跨中竖向位移与桥上移动车辆的车重有显著的正相关性，而与车速的相关性较弱；车列的车间距由50m减小到30 m，主梁跨中竖向位移极值增大约34%，桥梁所受车辆荷载越集中，主梁跨中竖向位移越大.3）伸缩缝从梁端到固定端的中梁累计滑移行程逐渐减小；单车工况下，车速、车重与伸缩缝纵向位移均呈正相关关系；车列工况时，伸缩缝的纵向位移最大值与车间距存在负相关性；车辆制动对伸缩缝动力响应的影响非常显著，对应伸缩缝1#中梁纵向位移响应是正常跑车工况的3.97倍.

关键词

桥梁工程 / 模数式伸缩缝 / 车-桥-缝系统 / “十”字建模 / 动力分析