汽車制動(dòng)作用下預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋的動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù)研究

鄧露++王芳??

摘要：基于三維車橋振動(dòng)模型研究了汽車制動(dòng)對(duì)橋梁的沖擊作用.選用一輛典型三軸重車模型，獲得了汽車制動(dòng)時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋的跨中動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù).研究了剎車位置、減速度、初速度、路面平整度、橋跨長(zhǎng)度等因素對(duì)動(dòng)力沖擊系數(shù)的影響，并將計(jì)算得到的動(dòng)力沖擊系數(shù)與中國(guó)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明，汽車剎車對(duì)橋梁的沖擊效應(yīng)隨著制動(dòng)力的增大而增大，并且在橋梁前半跨內(nèi)剎車產(chǎn)生的動(dòng)力沖擊效應(yīng)要大于在后半跨內(nèi)剎車.同時(shí)，汽車制動(dòng)時(shí)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù)均明顯大于車輛勻速行駛的情況，且沖擊系數(shù)可能超出規(guī)范值.

關(guān)鍵詞：汽車制動(dòng)；三維車橋模型；動(dòng)力響應(yīng)；沖擊系數(shù)；簡(jiǎn)支梁橋

中圖分類號(hào)：U441.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前，在車橋系統(tǒng)動(dòng)力分析中將車輛假定為在橋上勻速運(yùn)動(dòng)的研究已經(jīng)比較成熟[1-4]，而對(duì)于車輛荷載在橋上變速移動(dòng)（剎車或者加速）下橋梁動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù)的研究較少，且模型比較簡(jiǎn)單，不能準(zhǔn)確模擬汽車變速行駛下橋梁的真實(shí)響應(yīng).在已有的考慮汽車變速效應(yīng)的車橋耦合振動(dòng)的研究中，Law和Zhu，方志等均是將橋梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，將車輛荷載簡(jiǎn)化為集中荷載或簡(jiǎn)化的平面車輛模型；Gupta 和 TraillNash 將橋梁簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧驼桓飨虍愋园鍍煞N模型進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)的研究，結(jié)果顯示將橋模擬為板單元得到的動(dòng)力沖擊系數(shù)比用梁?jiǎn)卧玫降男?，因此指出?duì)復(fù)雜的車橋系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力研究時(shí)有必要采用更精確的二維或三維橋梁模型.此外，殷新峰和方志的研究發(fā)現(xiàn)汽車剎車產(chǎn)生的動(dòng)力沖擊系數(shù)可能會(huì)超過規(guī)范值.然而，在他們的研究中橋梁采用的是梁?jiǎn)卧Ｐ?

基于以上研究狀況，本文建立了更加精確的三維有限元車橋模型研究汽車制動(dòng)下的車橋耦合振動(dòng).選用一輛典型三軸重車模型獲得了汽車制動(dòng)時(shí)混凝土簡(jiǎn)支梁橋的跨中動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù).對(duì)影響動(dòng)力沖擊系數(shù)的幾個(gè)重要因素，如剎車位置、減速度、初速度、路面平整度及橋跨長(zhǎng)度等進(jìn)行了研究，并將計(jì)算的動(dòng)力沖擊系數(shù)與我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范值進(jìn)行了對(duì)比.

1車輛、橋梁及路面平整度

1.1車輛模型

本文選用了文獻(xiàn)[2]中的典型三軸車輛模型.該車總質(zhì)量32.63 t.因重車為實(shí)際橋梁上的控制車輛荷載，故研究重車作用下的動(dòng)力沖擊系數(shù).圖1為車輛模型示意圖，表1為其詳細(xì)參數(shù).

1.2橋梁模型

本文所用的5座預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋跨度為9.14～39.62 m.每座橋的寬度均為9.75 m，橋面板厚度為0.2 m.不同跨徑的橋梁的高度和橫截面均按規(guī)范設(shè)計(jì).表2列出了5座橋的基本信息以及根據(jù)規(guī)范公式獲得的動(dòng)力沖擊系數(shù)值.基于Ansys14.5平臺(tái)，采用精度高的3D實(shí)體單元solid45建立5座橋梁的有限元模型，具體建模過程和模型細(xì)節(jié)見文獻(xiàn)[4].圖2為橋梁橫截面及車輛加載位置，其中車輛沿車道2正中行駛.

5結(jié)論

本文利用三維車橋模型研究了汽車制動(dòng)下的車橋耦合振動(dòng).獲得了典型三軸重車在混凝土簡(jiǎn)支梁橋上剎車時(shí)橋梁的跨中動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù)，討論了剎車位置、減速度、速度、路面平整度及橋跨長(zhǎng)度對(duì)沖擊系數(shù)的影響規(guī)律.得出以下主要結(jié)論：

1）汽車制動(dòng)時(shí)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)及沖擊系數(shù)均明顯大于車輛勻速行駛情況，且增長(zhǎng)幅度隨著減速度絕對(duì)值的增大而增大.

2）車輛在橋前半跨內(nèi)剎車的動(dòng)力沖擊系數(shù)值大于在后半跨內(nèi)剎車的值.

3）速度對(duì)動(dòng)力沖擊系數(shù)的影響較復(fù)雜.動(dòng)力沖擊系數(shù)并不隨車速的增大而單調(diào)遞增或遞減，這與車輛勻速的情況類似.

4）路面平整度對(duì)動(dòng)力沖擊系數(shù)的影響顯著，勻速與剎車情況下動(dòng)力沖擊系數(shù)均隨著路面平整度的變差而增大；當(dāng)路面平整度等級(jí)為差時(shí)，勻速行駛時(shí)的動(dòng)力沖擊系數(shù)的絕大部分值及汽車剎車時(shí)的全部沖擊系數(shù)值均超過規(guī)范值，故維護(hù)橋面狀況對(duì)于減少車輛的動(dòng)力沖擊效應(yīng)具有很重要的意義.

值得注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)，在若干工況下，車輛勻速行駛時(shí)的沖擊系數(shù)滿足規(guī)范要求，而相應(yīng)的剎車作用下的沖擊系數(shù)則超出了規(guī)范值.因此，在橋梁評(píng)估時(shí)必須考慮到汽車剎車作用對(duì)沖擊系數(shù)的影響.本文的研究結(jié)果可以為工程實(shí)踐中評(píng)估混凝土簡(jiǎn)支梁橋時(shí)動(dòng)力沖擊系數(shù)的采用提供一定的參考依據(jù).

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