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张为民：大跨度桥梁冲击系数的数值分析 59 大跨度桥梁冲击系数的数值分析 张为民 (广州市市政工程设计研究院， 广州 510060】 【摘 要】 通过分析桥梁冲击系数的数值分析方法，结合某斜拉桥的ANSYS数值分析，探讨大跨度桥梁冲 击系数的影响因素。 【关键词】 冲击系数；数值分析；大跨度桥梁 【中图分类号】 TU37 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)06—0059—02 随着桥梁跨径和车辆荷载的不断增加，车辆对桥梁的 车桥耦合方程非常庞大，求解非常困难。为了使问题简化， 冲击作用越来越引起人们的注意。然而以往车辆冲击作用 本文采用 ANSYS瞬态分析的Full法 J，用到达时间控制车 的研究主要针对中小桥梁，规范中关于冲击系数的规定也 辆速度，建立了车桥相互作用的有限元模型 J，以定性地研 是基于对中小桥梁冲击系数实测数据的统计分析，对大跨 究一些参数对大跨度桥梁冲击系数的影响。 度桥梁的冲击问题缺乏充足的实测数据和系统的理论研 本文采用梁单元模型，全桥共4种单元类型：主梁、主梁 究。本文希望能通过数值模拟的方法对某大跨度桥梁的冲 刚臂、桥塔分叉处刚臂采 用 BEAM4单元；桥塔采用 击系数影响因素做出定性的分析。 BEAM188单元；拉索采用 LINK8单元；压重质量采用 1 车桥相互作用模型 MASS21单元。由于车辆重量同桥梁 自重相 比很小，用弹簧 对车辆模型进行不 同程度的简化，大致可以分为以下 一 质量单元近似模拟移动车辆 J，见图1。车辆参数 J：单辆 几种模型：①匀速移动常量力模型；②周期型荷载模型；③ 车重 M=2At，弹簧 刚度 K=2060kN／m，阻尼系数 C=30 移动质量模型；④移动簧上质量模型；⑤多轴车辆模型。 kN ·s／m。车辆质量采用 MASS21单元；车辆弹簧系统采用 汽车对桥梁的冲击的实质是车桥的耦合振动问题，要 COMBIN14单元。 得到精确的数值解需要采用多轴多 自由度的车辆单元模 2 某大跨度斜拉桥冲击系数的ANSYS数值分析 型，考虑桥面不平整度，建立车桥耦合单元 ，形成车桥耦合 本文用 ANSYS模拟了在桥梁结构阻尼比和车速影响下 系统方程，采用 Newmark或 Willon一0等数值积分方法求 的汽车荷载对桥梁边跨跨中(A1)、边跨墩顶 (A2)、次边跨 解 ¨．2J。但考虑到车桥耦合问题的复杂性，尤其大跨度桥梁 跨中(A3)、中跨跨中(A4)的冲击作用 ，下面分别进行讨论。 C ． 上A A4 止 图1车辆单元模型 图2 桥梁断面示意图 2．1 桥梁各断面冲击系数值 边跨墩顶、次边跨跨中、中跨跨中断面，计算桥梁在三种阻 为 比较不同位置的冲击系数，主梁断面选取边跨跨中、 尼比0．005、0．O1和0．015下的冲击系数。 0．12 籁 0．10