摘 要

本文陈述了国内外连续梁桥动力响应分析的发展历史与当代的发展状况，以及对未来连续梁桥动力响应分析的发展与展望。根据梁跨要求，搜集国内外各种桥型先进行方案比选，确定最终的更加合理与经济适合的桥型为三跨连续梁桥。再借助有限元分析软件通过Midas civil中的特征值向量分析，得出结构的自振周期为0.25秒，自振频率为3.18Hz及相应振型。采用考虑冲击荷载作用下的动力响应分析来模拟车辆过桥时的动力响应情况，对该桥进行动力响应时程分析，得出不同车速下的位移时程图和弯矩时程图。将时程分析所得结果进行比较，分析不同车速对分析结果的影响，得出相应的结论。

关键词：三跨连续梁桥；动力响应；自振周期；自振频率；时程分析；Midas civil

Abstract

This paper describes the development history and contemporary development of dynamic response analysis of continuous girder bridges at home and abroad, and the development and prospects of the dynamic response analysis of continuous girder bridges in the future. According to the beam span requirements,various bridge types at home and abroad were selected to compare the options and determine the final more reasonable and economical bridge type for the three-span continuous beam bridge. Using finite element analysis software to analyze the eigenvectors in Midas civil, the natural vibration period of the structure is 0.25 seconds, the natural frequency is 3.18 Hz and the corresponding mode shape. The dynamic response analysis under the impact load was used to simulate the dynamic response of the vehicle when passing the bridge. The dynamic response time-history analysis of the bridge was carried out to obtain the displacement time history diagram and bending moment history diagram under different vehicle speeds. The results of time-history analysis were compared to analyze the impact of different vehicle speeds on the analysis results, and corresponding conclusions were drawn.

Key Words： three-span continuous beam bridge；dynamic response；natural vibration period；time history analysis；natural vibration frequency；Midas civil

目 录

第1章 绪论 1

1.1连续梁桥动力响应的发展历史 1

1.2连续梁桥的动力响应分析研究现状 1

1.3本文的研究内容 2

第2章 设计方案比选 3

2.1概述 3

2.2桥型方案的提出及结构介绍 3

2.2.1预应力混凝土连续梁桥 3

2.2.2钢筋混凝土钢构桥 5

2.2.3斜拉桥 7

2.3桥型方案比选 9

第三章 有限元模型 12

3.1定义材料与模型 12

3.1.1截面特性的定义 12

3.1.2材料特性的定义 12

3.2节点及单元的建立 12

3.2.1节点的建立 12

3.3边界条件 14

3.4荷载定义 15

3.4.1自重定义 15

3.4.2二期恒载的定义 15

3.5预应力钢束 16

3.5.1定义钢束特性 16

3.5.2钢束形状和预应力 16

3.6移动荷载的定义 17

3.7模型内力计算结果 17

第四章 自振特性分析 21

第五章 时程分析 27

5.1时程荷载的定义 27

5.1.1添加时程函数 27

5.1.2输入质量数据 27

5.1.3添加节点动力荷载 28

5.2时程分析结果 29

第六章 总结与展望 34

6.1总结 34

6.2展望。 34

参考文献 35

致 谢 36

第1章 绪论

1.1连续梁桥动力响应的发展历史

桥梁动力特性分析，起源于1892年，法国工程师DeslandreSM第一次采用振动记录仪在巴黎附近的Pontois桥进行了荷载动力试验^[1]。美国也于20年后进行了类似的分析，于1930年，开始了周密的研究。1931年英国土木工程师协会依据实际情况，规定了一系列的系数^[4]。1979年Chu、Grag和Dhar 等建立了4轴铁路货车模型，将车体假定为具有3个自由度的刚体^[5]，且只有车轮与转向架之间的第一系弹簧，没有转向架与车体之间的第二系弹簧，导出了单个车辆模型的振动方程，并假定车轮始终与桥面保持接触，采用有限元方法，建立了车辆桥梁系统的振动方程^[6]。

对于国内的动力特性分析的发展，我国的著名科学家黄平明等采用桥梁动态测试仪、超声波测试仪、录像机以及人工记录相结合的办法，对西宝高速公路交通荷载各要素进行全面分析，对各种桥面状况、行车情况进行了严谨周密的分析，得出了桥梁动位移响应数据，对正常交通荷载下的桥梁动位移响应特征进行了详细的分析与了解。刘华等了解并对公路混凝土连续弯箱梁桥在车辆动荷载通过粗糙桥面时的动反应进行分析。科学家李根旺采用自由度六参数汽车模型和有限元曲梁桥模型，根据 Newmark 算法的应用，分析了不同参数变化对简支箱型曲梁桥车桥动力响应的影响及结果，表明曲率越大汽车对桥梁的冲击作用越大，弯扭刚度比以及路面不平顺等情况也会对曲梁桥的动力响应影响很大。

1.2连续梁桥的动力响应分析研究现状

移动车辆在连续梁桥上的行驶相当于桥梁上的动荷载，比相同的静荷载作用下要产生更大的变形和应力， 所以动荷载对于桥梁的影响是更加重要的，故在工程设计中必须考虑到桥梁的动力响应的影响。但是动荷载的理论分析十分复杂，有较大的不稳定及不确定性，理论分析十分困难，早期的理论水平和计算应用具有很大的局限性，为获得桥梁在车辆移动荷载作用下的动力响应，以前的学者只好采用对实际工程桥梁进行现场测试实验，从而测得桥梁的动力特性行为。19世纪末，由于工程实际的需要，桥梁结构的动荷载试验被工程实践广泛采用，试验技术的提高同时促进理论技术的进步。

21世纪以来，人们通过总结试验，对各种动力特性分析及振动特点有了比较深入的了解与认识，但是却没有形成系统的理论。

近年来，由于我国高速公路发展十分迅猛，桥梁也随之突飞猛进，对桥梁的跨径，桥墩的高度要求也越来越高，车速大大提高，车流量也发生了翻天覆地的变化，与此同时，汽车作为动荷载行驶在桥面上，导致的桥梁的动力特性影响也越来越大，越来越不可忽视。

我国的研究人员不在将大量的精力着眼于做静力分析。而且动力分析往往涉及到结构的振动特性以及风效应、地震响应等方面，至于车对桥的作用仅采用冲击力规范公式予以考虑，很少涉及到车与桥相互作用和影响的车桥耦合动力分析领域。所以近些年来的研究的重点课题慢慢转变为车桥相互作用及车桥耦合动力分析领域，这对于以后的桥梁动力特性分析的发展与运用有较高的理论特性意义以及实际运用意义。

1.3本文的研究内容

拟应用Midas civil有限元分析软件，通过其中的特性值向量分析，建立全桥完整的有限元模型，从而得出想要的自振频率以及相应的振型，对于车辆通过桥梁时的动力响应情况，拟采用冲击荷载进行模拟。最后，对于该桥的动力响应时程分析，先得出不同时速下的位移时程图和弯矩时程图，最后进行对比得出结论。

第2章 设计方案比选

2.1概述

当今社会，桥梁设计已经日趋成熟，各种各样的桥梁形式满足不同条件下对桥梁的需要，对桥梁的要求不仅仅是安全可靠、使用年限长，更多的是要符合现代的审美要求、桥梁与周围环境相适应。本桥位于城市支路，属于城市景观桥，参考当地地质条件及施工条件，桥梁跨径定为90m，综合考虑桥梁造价和及城市桥梁施工企业的施工水平，以此初步拟定以下三种方案：

1. 预应力混凝土连续梁桥方案
2. 钢筋混凝土钢桥
3. 斜拉桥

2.2桥型方案的提出及结构介绍

2.2.1预应力混凝土连续梁桥

2.2.1.1桥型介绍

预应力混凝土连续梁桥有着突出的优点，由于研究年代久远，我们对其有着充分的认识，其次其结构本身的优点也毋庸置疑，通过支点的卸载作用使跨中弯矩显著减少，使其弯矩分布更加合理有效，并且有着桥面刚度大、变形小等突出优点。尤其是悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法等分段施工的技术在连续桥中的使用，充分发挥了预应力技术的优点，使施工设备机械化和构件生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。

2.2.1.2尺寸拟定

1）成桥经验资料参考

连续梁的边主跨比值与跨径组合构成连续梁的主体，其中边主跨比值直接决定了连续梁的合理与否，通过查阅国内连续梁桥的成桥资料（如下表），得出边主跨比值在0.5～0.7之间，支点梁高与跨中梁高比值约在1.8～2.5左右

1. 尺寸拟定

预应力混凝土连续梁桥的设计边主跨比值、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。通过查阅以上资料，全为多跨连续梁桥，边跨跨径约为中跨跨径的0.65～0.7倍。该设计的连续梁桥跨径为90米，属于大中跨径梁桥，按经验不宜设为等跨，故暂定为三跨变截面形式的大跨径预应力混凝土连续梁桥，采用箱型截面，边跨跨径可减少为中跨的0.5至0.7倍，桥跨暂时布置为24 42 24=90m，桥梁的设计总长为100m，桥跨的整体布置如图2.1。

2.1

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