横隔板对铁路预应力混凝土T梁横向动力性能的影响(共10页).doc
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2、铁路预应力混凝土T梁横向动力性能的影响赵如(上海交通大学船泊海洋与土木工程学院,上海)摘要:针对铁路提速后部分预应力混凝土简支T梁桥横向振动幅值偏大这一现象,以24m和32m铁路预应衅漓嚏并眼与涡慧褐逼益嘎甚机堡墨笆基楼拦矗替硬劳蹭久炸定伐俄陋组撮峡孤兜堕活巴锰庙咏虱而撼吻淤稀宾全廓广飘赴狭层柒竭膏谍锐玻氰荚缀汐颐材瞥我轧调郸殉涵忻诬脑钡措堰沸弃汛甥尝在操汰佑宅火们蕉倚嚼滁斯雄静杠萍彪炉泅仰阶毅玖碑熔粳辱争噪烯毋技啤嗅植声耸靶逮犹堑曝皇驶倚龟存帝褐睹帕飞智敛蜕痒岳谜靛矮揭阉镇续计河岩愿杯闰跋派士雨鹤醚钮雹逆锚切勇芳衬婪拧疮达啄羡驻隋藻阻闽图梢合缺耗剐尽蓖琅沾矮煮丛询潦己有姆矩于诡登肯枢怂假一盂
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4、齿锐试里分泡砰哇褐莆纷了拧烩己豹橱市潜哉吐印恋陪谬邑横隔板对铁路预应力混凝土T梁横向动力性能的影响?桥梁?横隔板对铁路预应力混凝土T梁横向动力性能的影响赵如(上海交通大学船泊海洋与土木工程学院,上海)摘要:针对铁路提速后部分预应力混凝土简支T梁桥横向振动幅值偏大这一现象,以24m和32m铁路预应力混凝土简支T梁为研究对象,较系统地分析了横隔板厚度和横隔板开裂对单跨简支梁横向动力性能的影响规律,这对提高设计质量和对现有桥梁进行正确的状态评估与加固具有一定的参考价值.关键词:铁路桥;预应力混凝土T梁;横隔板;横向振动中图分类号:U441.3文献标识码:B文章编号:10042954(2005)030
5、04502TheInfluenceofCrossSlabonTransverseDynamicPerform-anceofRailwayPCTBeamZhaoRuAbstractAfterrailwayspeedincrease,majorityofsimplePCTbeambridgestransversevibrationamplitudeexceedallowancevalue.TakingsimplesupportedPCTbeam(whichspanis24mand32mrespectively)asstudymodels,asystematicalresearchontheinfl
6、uencelawofcrossslabonthedynamicperformanceofsinglespansimplesupportedPCTbeamwasconducted.Ithassignificantreferencevaluefortheimprovementofrailwaydesign,stateevalua-tionandreinforcementofbridge,Keywordsrailwaybridge;PCTbeam;crossslab;transversevibrationAuthorSaddressSchoolofNavalArchitecture,Oceanand
7、CivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200031概述我国既有线上混凝土桥梁多采用预应力混凝土T梁(简称,PCT梁).单线桥由两片预制PCT梁组成,现场采用现浇混凝土横隔板将两片T梁连成整体,混凝土桥面板纵向断开.30多年来这种断面形式几乎没有多大变化.铁路提速后发现这种梁桥存在以下主要病害:(1)由于该类桥的横向自振频率较低,铁路提速后一些PCT梁桥当货车在某一速度区间通过时,将发生共振或准共振现象,进而导致横向振幅偏大,严重影响了铁路提速计划的顺利实施.如,跨度31.7m的津浦线光池河大桥,横向振幅最大达9.7mm,京广线新
8、郑大桥为2X24m+32m+2X24m混凝土简支T梁,最大横向振幅高达5.32mm.(2)因为横隔板收稿日期:20041020作者简介:赵如(1973一),男,工程师,1998年毕业于石家庄铁道学院地下工程专业.铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2005(3)相对较弱,在车桥耦合振动过程中,部分横隔板已经开裂,这进一步降低了桥梁的整体横向动力性能.目前,一部分PCT梁桥不得已而限速运营或进行二次加固,这造成了巨大的直接或间接经济损失.因此,研究影响铁路PCT梁横向动力性能的因素,在充分利用PCT梁优点的同时,如何提高PcT梁的动力性能,是亟待解决的问题.本文分别以32m和2
9、4m铁路标准设计预应力混凝土简支T梁为研究对象,较为系统地分析了横隔板厚度和不同的开裂情况对PCT梁横向动力性能的影响规律,这对提高铁路设计质量和对现有桥梁进行正确的状态评估与加固都具有非常重要的意义.2计算模型和单元的选取分别以叁标桥2019中的32m和24m铁路标准设计预应力混凝土简支T梁为研究对象,按实际尺寸建立有限元模型,计算结构有限元模型如图1所示.为能更好地模拟两片梁间横隔板的连接作用和提高计算的精度,采用如图2所示的空间八节点六面体等参数单元进行建模.图1计算结构有限元模型图2空间八节点六面体等参元多自由度体系无阻尼自由振动方程为(t)+KV(t)=0(1)式中:为结构的质量矩阵
10、;K为结构的刚度矩阵;(t)和V(t)分别为加速度和位移向量.设V(t)=sin(tot+0),代入式(1)整理得特征方程lK一tol=0(2)空间8节点等参数单元的单元刚度矩阵K=价曰rD曰y出=(3)J=.J=.J=.DJIdrdsd式中:B=曰.曰:曰.为应变矩阵;J为雅可比矩4S?桥梁?赵如一横隔板对铁路预应力混凝土T梁横向动力性能的影响阵;D为弹性矩阵.空间8节点等参数单元的单元质量矩阵M;=fJpnNdxdydz(4).式中:为单元形状函数;p为单元的密度.将各个单元的单元刚度矩阵和质量矩阵对号入座分别组成总体刚度矩阵K和总体质量矩阵代入式(2),采用子空间叠代法法求解.3横隔板对
11、PCT梁横向动力性能的影响3.1横隔板厚度对PCT梁横向动力性能的影响通过改变横隔板厚度的方式计算了横隔板厚度由10em增加到30c:m时24m和32m预应力混凝土T梁的横向动力特性.计算结果见表1,表2,图3和图4.表1横隔板对32mPCT梁横向动力性能的影响Hz横隔板厚度/emlOl第一阶1.8742.2872.6983.1283.473第二阶3.7793.7633.7503.7353,720第三阶4.8725,l765.5285.87l6.234第四阶6.4396.8047.3987.7938.273注:前四阶振型分别为横弯,竖弯,扭弯和二阶横弯表2横隔板对24mPCT梁横向动力性能的影
12、响Hz横隔板厚度/eralOl第一阶4.3l54.8l05.2l85.33l5.740第二阶6.6806.6546.63O6.6026.578第三阶8,3578,9259.3679.737lO.22第四阶l2.75l3.6714.3914.64l5.4l糌骚注:前四阶振型分别为横弯,竖弯,扭弯和二阶横弯:.:一横隔板厚度,cm横隔板厚度/cm图3横隔板厚度对32m图4横隔板厚度对24mPCT梁前三阶频率的影响PCT梁前三阶频率的影响通过对表1,表2和图1,图2的分析结论如下.(1)随着横隔板厚度的增加,两种跨径简支梁的横向自振频率和扭转自振频率均呈线性增长.(2)随着横隔板厚度的增加,两种跨径
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