简支变连续桥梁的动力性能研究

李纪东

(黑龙江省收费公路管理局养护处)

0 前言

为保证现有公路桥梁具有良好的动力工作性能，需要了解其在移动车辆荷载作用下的动力响应。通过车桥耦合振动分析，模拟桥梁的实际运营荷载和振动情况，可以得到在移动车辆荷载作用下桥梁的动力响应，在此基础上，评价现有公路桥梁的动力工作性能，指出桥梁在设计中存在的问题，提出动力优化的设计建议。

1 动力工作性能评价标准

公路桥梁应具有良好的动力工作性能，以保证车辆以规定的速度通过桥梁时，桥梁不出现过大的振动，防止结构内产生较大的动应力，从而保证桥梁的使用安全性。

我国现行桥梁规范通过限制桥梁的活载挠度来避免行车时产生振动颠簸和冲击，以保证行车舒适性和减少振动损害。但研究表明，活载挠度限制并不能有效地控制桥梁结构的振动。桥梁振动的评价指标需要从桥梁结构的动内力、振动舒适度两方面来考虑，而结构动内力和振动舒适度主要受到桥梁的振幅、振动速度、振动加速度等的影响。在本研究中，对于混凝土简支转连续梁桥，桥梁的动力工作性能通过桥梁振幅和桥梁加速度两个指标来评价。

(1)振动加速度限值探讨

参照加拿大安大略省桥梁规范OHBDC，加速度评价标准采用加速度容许值与竖向自振频率f1之间存在如下关系：

所求得的加速度限值如表1所示。

(2)桥梁竖向振幅限值探讨

根据我国现行公路桥规(JTG D60-2004)，桥梁在汽车荷载作用下的静挠度yst应满足yst≤L/K，对于梁式桥K=600，悬臂梁K=300。而振幅D=yd-yst=μyst(μ为冲击系数)。

因此，根据规范规定，振幅应满足：

根据实测结果，桥梁的一阶自振频率f1与桥梁跨径L存在如下关系：

可以得到常见公路中小跨径桥梁的振幅限值［D］如表1所示。

表1 公路中小跨径混凝土梁式桥的振幅限值

2 简支转连续桥梁车桥耦合振动响应分析

(1)桥梁分析样本的选取

①分析样本范围

本次分析采用的桥梁样本是跨径范围为20 m、25 m、30 m、35 m、40 m简支转连续T梁桥和简支转连续箱梁桥，并按照标准图的不同桥梁宽度进行变化，采用空间梁格模型对桥梁结构进行模拟。

②车辆样本的选取

由于车辆系统的弹性参数和阻尼参数以及部分惯性参数没有完整的资料，因此车辆的各种参数只能参照相关文献给出。为尽可能有代表性地研究车辆的动力特性与桥梁冲击系数之间的关系，在进行车桥耦合振动分析时，采用整体式空间双轴车辆模型，各车辆模型参数按表2取值。根据载重汽车的实际运行情况，确定车辆的行驶速度为25.0 m/s(相当于90.0 km/h)。

表2 车辆模型参数

(2)车桥耦合振动响应分析及评价

利用编制的车桥耦合振动程序对上述所选样本进行了车桥耦合振动响应计算，对计算结果进行归纳总结，并与动力工作性能评价标准进行对比分析。

①简支转连续T梁桥

图1为预制简支转连续T梁的动力响应与相应的动力响应限值的关系曲线。由图中可以看出：

(1)跨径20～40 m简支转连续T梁的振幅均小于其振幅限值，且振幅只有其限值的1/3～1/2，在车辆通过桥梁时，桥梁只发生幅度很小的轻微振动。

(2)跨径20～40 m简支转连续T梁的加速度均小于其加速度限值，且加速度只有其限值的1/2左右，说明目前使用的简支转连续T梁具有良好的动力工作性能和较好的舒适度。

图1 简支转连续T梁动力响应

②简支转连续箱梁桥

图2为预制简支转连续箱梁的动力响应与相应的动力响应限值的关系曲线。由图中可以看出：

(1)跨径20～40 m简支转连续箱梁的振幅均小于其振幅限值，且振幅只有其限值的1/5～1/4，在车辆通过桥梁时，桥梁只发生幅度很小的轻微振动。

(2)跨径20～40 m简支转连续箱梁的加速度均小于其加速度限值，且加速度只有其限值的1/3左右，说明目前使用的简支转连续箱梁具有良好的动力工作性能和很好的舒适度。

图2 简支转连续箱梁动力响应

3 结论

利用编制的车桥耦合振动程序，对目前公路上常用的简支转连续桥梁，计算在不同车辆模型、不同车辆速度作用下的动力响应，总结了这些桥梁的动力响应变化规律。采用振幅和加速度作为动力响应评价标准，对这些桥梁的动力工作性能进行了评价，研究表明。

(1)简支转连续T梁桥的振幅只有其限值的1/3～1/2，加速度只有其限值的1/2左右，说明目前使用的简支转连续T梁具有良好的动力工作性能和较好的舒适度。

(3)简支转连续箱梁的振幅只有其限值的1/5～1/4，加速度只有其限值的1/3左右，说明目前使用的简支转连续箱梁具有良好的动力工作性能和很好的舒适度。

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