上海交通大学学报 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (3): 276-289.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.284
所属专题: 《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑; 《上海交通大学学报》2021年“交通运输工程”专题
收稿日期:2019-10-11
出版日期:2021-03-01
发布日期:2021-04-02
通讯作者:
邱辰
E-mail:303494977@qq.com
作者简介:谢肖礼(1963-),男,广西省桂平市人,教授,博士生导师,从事力学、结构仿真及非线性、大跨度高性能桥梁等研究工作.
基金资助:
XIE Xiaoli, PANG Mulin, QIU Chen(
), QIN Shisheng
Received:2019-10-11
Online:2021-03-01
Published:2021-04-02
Contact:
QIU Chen
E-mail:303494977@qq.com
摘要:
为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°~60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.
中图分类号:
谢肖礼, 庞木林, 邱辰, 覃石生. 上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(3): 276-289.
XIE Xiaoli, PANG Mulin, QIU Chen, QIN Shisheng. Research and Test Verification of Dynamic Characteristics of Deck V-Arch Bridge[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(3): 276-289.
表4
构件参数及材料用量表
| 构件 | 截面类型 | 材料 | 单元类型 | 抗扭惯性矩/m4 | 截面惯性矩/m4 | 面积/m2 | 用量/t | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 对x轴 | 对y轴 | |||||||
| V形构件 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 1.62×10-1 | 1.33×10-1 | 8.97×10-2 | 1.28×10-1 | 1 580.4 |
| 构件横联 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 3.97×10-3 | 2.64×10-3 | 2.64×10-3 | 2.53×10-2 | 31.8 |
| 立柱 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 2.26×10-1 | 2.12×10-1 | 1.15×10-1 | 1.59×10-1 | 1 773.1 |
| 主梁 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 3.43×100 | 1.11×100 | 5.04×101 | 1.18×100 | 4 152.6 |
| 立柱横撑 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 7.81×10-3 | 5.21×10-3 | 5.21×10-3 | 3.17×10-2 | 285.5 |
| 拱圈横撑 | 箱型 | Q345 | 梁单元 | 1.67×10-1 | 1.73×10-1 | 8.00×10-2 | 1.33×10-1 | 801.9 |
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