一种中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数的计算方法_2

文档序号:9646651阅读:来源:国知局
数;
[0037] 其中一、二阶导数分别为:
[0040] 将连续梁桥的边界条件代入公式(7)、(8)、(9)中,能够得到待定系数Ans、Bns、Cns、 Dns的值,将连续梁桥的边界条件代入公式(10)中:
[0042] 式中:ωη-第η阶固有振动频率;
[0043] 得到连续梁桥的固有频率。
[0044] 所述步骤2)中采用MidasCivil软件建立单梁模型,分析支点截面的弯矩影响线 模式。
[0045] 所述步骤3)中采用R语言程序绘出振型函数,并在步骤4)中利用R语言程序对 连续梁前五阶振型函数进行线性拟合,将前五阶竖向振型函数拟合为归一化处理 后的影响线函数形式。
[0046] 所述连续桥梁为两跨连续梁时,所述步骤6)中二阶和四阶的竖向振型参与振动 比率大,按二阶和四阶进行竖向振型线性叠加。
[0047] 所述连续桥梁为三跨连续梁时,所述步骤6)中二阶、三阶和五阶的竖向振型参与 振动比率大,按二阶、三阶和五阶进行竖向振型线性叠加。
[0048] 所述连续桥梁为四跨连续梁时,所述步骤6)中二阶、三阶和四阶的竖向振型参与 振动比率大,按二阶、三阶和四阶进行竖向振型线性叠加。
[0049] 与现有技术相比,本发明以中小跨径连续梁桥为对象,采用等跨等截面形式以排 除近似计算及多种参数对计算结果的影响,利用桥梁自由振动时的精确解分析欧拉梁弯曲 固有振动方程,得出振型值;建立单梁模型,分析支点截面的弯矩影响线模式,单梁模型所 需支点截面的弯矩进行正则化处理并以正则化之后的影响线函数作为目标函数;将振型值 进行归一化处理,然后按照桥长为横坐标,横坐标值记为,归一化后的竖向振型为纵坐标, 绘出振型函数对连续梁前五阶振型函数进行线性拟合,将前五阶竖向振型函数拟合为归一 化处理后的影响线函数形式;根据连续梁线性拟合振型函数系数的取值,考虑前五阶竖向 振型线性叠加,计算出各阶振型参与拟合出来的回归直线的权重,分析得竖向振型参与振 动比率较大的阶数,用竖向振型参与振动比率较大的阶数的振型函数以归一化处理后的影 响线函数为目标函数重新拟合,并计算出各阶振型参与拟合出来的回归直线的权重,利用 竖向振型参与振动比率较大的阶数的竖向振型频率与其参与权重的乘积之和,由此得到一 个综合频率,带计算得到冲击系数。本发明综合考虑桥梁的结构型式、几何形态、支承状况、 质量与刚度等特性,车辆的数量、轴数、轴重、轴间距以及行驶速度等冲击系数的影响因素, 根据冲击系数与内力影响线之间的相互关系,采用理论分析和数值仿真相结合的方法,着 重解决连续梁桥负弯矩冲击系数回归拟合的计算问题,揭示了连续梁桥的车载动力行为与 机理,丰富了桥梁设计理论和计算方法,可以为桥梁动力评定提供借鉴,并促进其广泛应用 与发展。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明的方法流程图;
[0051] 图2为三跨连续梁模式图;
[0052] 图3为传统法计算冲击系数示意图表;
[0053] 图4试验法计算冲击系数示意图表;
[0054]图5车辆模型基本参数图表,在试验法中进行试验所用的车辆有着一定的规定, 需要车辆的详细参数才能完成,试验结果随着车辆参数的改变发生变化;
[0055] 图6为三跨连续梁前五阶竖向振型图,用midascivil软件所计算得到的振型形 状结果,振型形状都是固定不变的,与桥梁的跨数有关;
[0056] 图7为三跨连续梁支点2截面负弯矩影响线图,弯矩影响线是桥梁结构计算荷载 内力的通用示意图,无论跨长多大,只要跨数固定,支点2截面的弯矩影响线也是固定的;
[0057] 图8为三跨连续梁正则化后的支点截面的弯矩影响线函数图;
[0058] 图9a~图9e为三跨连续梁前五阶竖向振型函数图;
[0059] 图10为前五阶竖向振型线性拟合情况与影响线对比图;
[0060] 图11为前5阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0061] 图12为考虑前5阶振型参与拟合出来的回归直线的权重图;
[0062]图13为考虑第2、3、5阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0063] 图14为考虑第2、3、5阶竖向振型参与拟合出来的回归直线的权重图;
[0064] 图15为两跨连续梁模式图;
[0065] 图16a~图16e为两跨连续梁前五阶竖向振型图;
[0066] 图17为两跨连续梁支点2截面负弯矩影响线图;
[0067]图18为两跨连续梁正则化后的支点截面的弯矩影响线函数图;
[0068]图19为两跨连续梁前五阶竖向振型线性拟合情况与影响线对比图;
[0069]图20为两跨连续梁前5阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0070] 图21为两跨连续梁考虑前5阶振型参与拟合出来的回归直线的权重图;
[0071]图22为两跨连续梁考虑第2、4阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0072] 图23为两跨连续梁考虑第2、4阶竖向振型参与拟合出来的回归直线的权重图;
[0073] 图24为四跨连续梁模式图;
[0074] 图25a~25e为四跨连续梁前五阶竖向振型图;
[0075] 图26为四跨连续梁支点2截面负弯矩影响线图;
[0076] 图27为四跨连续梁正则化后的支点截面的弯矩影响线函数图;
[0077] 图28为四跨连续梁前五阶竖向振型线性拟合情况与影响线对比图;
[0078] 图29为四跨连续梁前5阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0079] 图30为四跨连续梁考虑前5阶振型参与拟合出来的回归直线的权重图;
[0080]图31为四跨连续梁考虑第2、3、4阶竖向振型函数拟合系数及误差分析图;
[0081] 图32为四跨连续梁考虑第2、3、4阶竖向振型参与拟合出来的回归直线的权重 图;
【具体实施方式】
[0082] 下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
[0083] 实施例一:以三跨等跨等截面连续梁为例,参见图1,本发明方法包括以下步骤:
[0084] 步骤一:利用欧拉梁弯曲固有振动方程
[0086] 式中:y_梁产生自静平衡位置计起的动挠度y(x,t),以向下为正;X-距离梁端的 水平距尚;t_时间效应;P(t)-横向荷载作用;
[0087] 求解多跨连续梁的振型特征值和强迫振动响应,得到第s跨第η阶振型公式,如下 所示:
[0089]式中:Ans、Bns、Cns、Dns-待定系数;
[0090] 其一、二阶导数分别为:
[0093]将3*30m三跨连续梁桥的边界条件代入公式(7)~公式(9)中,能够得到待定系 数^3、(;;3、队;3的值和它的固有频率如公式(10)所示 :
[0095] 式中:ωn-第η阶固有振动频率'
[0096] 步骤二:利用MidasCivil软件建立3X30m小箱梁单梁模型,分析支点2截面的 弯矩影响线模式,结果见图7,将弯矩影响线进行正则化处理,并以正则化之后的影响线函 数作为目标函数,见图8;
[0097] 步骤三:将步骤一所得三跨连续梁的振型值进行归一化处理,然后按照桥长(L) 为横坐标,归一化后的竖向振型phi为纵坐标,运用R语言程序绘出振型函数,结果如图 9a~图9e所示;
[0098] 步骤四:运用R语言程序以三跨连续梁正则化后的支点截面的弯矩影响线函数为 目标函数对连续梁前五阶振型函数进行线性拟合,将前五阶竖向振型函数拟合为归一化处 理后的影响线函数形式,见公式(11):
[0100] 前5阶竖向振型线性拟合情况与影响线对比见图10,前5阶竖向振型函数拟合系 数及误差分析见图11 ;
[0101] 步骤五:根据图11三跨连续梁线性拟合振型函数系数的取值,考虑前5阶竖向振 型线性叠加,
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