公路橋梁在移動荷載下的動力分析
公路橋梁在移動荷載下的動力分析
計算如圖所示公路橋梁在車輛荷載作用下的時程動力響應,橋梁基本信息如下:鋼筋混凝土結構橋梁,混凝土強度為C30。橋梁總長45米,第一跨15米,第二跨30米。橋梁橫截面為三孔箱形截面,截面高度1.66米,寬度10.25米,見下圖.
1.具有分布質量體系的無阻尼振動方程建立
將圖1中的公路橋梁簡化成如圖2所示的計算模型,左邊支座為固定鉸支座,跨中和右邊的支座為滑動鉸支座,結構是一次超靜定連續梁。為了真實的反應梁的動力特性,認為該梁是連續彈性體,并假設梁上受到廣義的動力荷載p(x,t) 。
在梁ABC上取任意一微元段,并對這一微元進行受力分析,如圖3所示。考慮作用在圖3中梁微元上的受力平衡,很容易可以得出這一結構體系的運動方程,與離散結構體系推導動力方程的方法基本一致,建立全部豎向作用力的平衡方程,可以推導出第一個動力平衡方程:
式中,V(x,t)是梁微元左端的剪力, fI(x,i)是梁微元上橫向慣性力的合力,該慣性力等于微元質量和微元加速度的乘積:
2.具有分布質量體系無阻尼自由振動分析
2.1方程的求解
2.2引入邊界條件進行求解
將方框內的表達式作為計算條件如下所示:
2.3 計算梁的前四階自振頻率
對梁的自由振動計算采用解析解和有限元分析兩種方法,并對兩種方法的計算結果進行比對分析。有限元計算采用ANSYS軟件進行電算。計算結果見表1。有限元計算的結果略大于解析解,隨著振型數的增加,誤差逐階遞增。從計算結果來看,對于一個特定體系,較高階的固有周期的精度降低了。分析精度可以隨著單元劃分的增加來改善。但是,劃分密度達到一定時精度就不在增加了,這一結論在Anil K.Chopra 的Dynamics of Structures:Theory and Applications Structures and Earthquake Engineering一書中有提到。










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