《移动车辆作用对公路连续梁桥地震反应特性的影响》-工学论文，振动工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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移动车辆作用对公路连续梁桥地震反应特性的影响

范文

黄新艺　卓卫东　魏祥湘　孙颖　沈铂坦

摘要：随着汽车保有量的增加，地震发生时车辆在桥上存在车辆作用的概率大大增加。为探讨移动车辆对公路连续梁桥地震反应特性的影响，以3×40 m的连续T梁桥和汽车

超20级车队为研究对象，根据车轮与桥面接触点的作用力和位移协调条件，首先给出了移动车辆作用下连续梁桥地震反应的分析方法，然后考虑车辆本身动力特性的影响，采用多自由度的车辆模型组合成车队荷载模型，并借助ANSYS的APDL参数化语言编制了相应的分析程序，利用该程序分析了中低强度三向地震动作用下移动车辆作用对连续梁桥地震反应的影响参数。分析结果表明：典型三向地震动作用下，移动车辆对不同地震波作用下的连续梁桥地震反应有明显的影响，其影响程度与车速、轮胎刚度以及桥梁墩高直接相关。随着桥面上横向加载车道数的增加，顺桥向的墩底弯矩及支座位移逐渐减小，而横桥向的墩底弯矩及支座位移则逐渐增大，但响应的变化率随车道数增加而逐渐减小。车辆对桥梁地震响应的影响随着车速的变化和车身重量的变化而改变，但路面不平度的改变对移动车辆作用下桥梁地震反应影响甚微。部分研究成果与前人的研究结论相一致，但有些成果仍有待更进一步的试验验证。

关键词：公路连续梁桥；移动车辆；地震反应；参数分析；三向地震动

引言

随着公路基础设施和物流的迅速发展，中国的汽车的保有量随着经济的发展越来越大，各干线公路和城市道路上的交通流日渐密集。桥梁作为各大干线公路和城市道路不可或缺的一部分，当某一地区发生地震时，桥梁上面存在汽车荷载的概率大大增加，此外，中小地震情况下车辆同时在桥上运行的概率也将大大增加。目前同时考虑移动车辆-桥梁-地震作用（VBE）相互作用的研究主要集中在铁路桥梁方面，研究过程中车辆采用等间距移动力和3D的车辆模型，考虑单向（横向）和双向（横向+竖向）地震动输入，研究者主要关注铁路桥梁的横向响应、列车运行的舒适度和安全性。

由于问题的复杂性，截至目前，大多数国家的公路桥梁设计规范的地震组合均未考虑汽车荷载的影响，中国最新的《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中的作用地震组合也尚未考虑汽车荷载的影响。相关文献中只有AASHTO标准和美国加州桥梁抗震设计规范考慮了部分车辆自重的静力效应对桥梁地震反应的影响。然而，实际的车辆是一个复杂的弹簧-质量-阻尼体系（SMD），虽然在相关规范中地震作用计算考虑部分汽车荷载重量的影响，却忽视了车辆的惯性和车辆的动力特性对桥梁地震响应的影响。文献[11]研究指出了移动荷载和竖向地震共同作用下，当车一桥重量比较大时，移动荷载对竖向地震作用响应的影响越明显。Kim等考虑中等地震作用下，车辆分别采用移动力和SMD模拟，结果表明考虑车辆的动力特性影响可降低桥梁的地震响应。Sen等的研究结果表明路面不平度对VBE相互作用系统的影响较小。Liu等研究了大跨度悬索桥在移动荷载和竖向地面运动作用下的响应，移动荷载-桥梁-地震相互作用将会显著增加主梁尤其是端支承附近位置处的响应。Sanford采用1994年Northridge地震的Sylmar记录作为地震动输入（纵向+横向），通过振动台试验方法，研究了一座3跨曲线组合梁桥在静止车辆作用下桥梁的地震响应，试验结果表明地震动强度较低时车辆作为SMD体系的作用降低了桥梁的地震响应，但随着地震动强度的增大，车辆的存在反而对桥梁的地震响应产生不利影响。文献[16]研究了静止车辆作用下，车辆的存在对桥梁的动力特性和桥梁地震响应的影响，结果表明：考虑车辆的动力特性时，车辆作为SMD体系对桥梁的动力特性和桥梁的地震响应均有一定的影响。

文献调研发现，针对公路桥梁的车辆-桥梁-地震相互作用系统的研究采用的地震动输人方式普遍为单向或者双向，很少考虑三向地震动输人，也很少采用多自由度车辆模型组合模拟车队作用对体系地震反应的影响。由于影响因素多和问题本身的复杂性，车辆作为SMD体系对桥梁的地震响应是有利还是不利，仍缺乏足够的研究成果支撑和统一的认识，对该问题的认识尚需要开展更进一步的研究。本文首先考虑中小地震情况下，偏理想化地假定桥上的车辆仍能够保持匀速正常行驶，以公路连续T梁桥和汽车一超20级车队为研究对象，考虑车辆的动力特性并采用多自由度的车辆模型组合成车队模型，采用精细化的桥梁有限元分析模型，利用线性时程分析方法，讨论了三向地震动作用下车辆的路面不平度、行驶速度、横向加载车道数、轮胎刚度、车辆轴重、桥梁墩高、不同地震动记录和地震动强度等参数对移动车辆作用时连续梁桥地震反应特性的影响，研究结果可为桥梁结构的抗震设计提供一定的参考作用。

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