鄧露++王芳??

摘要：基于三維車橋振動模型研究了汽車制動對橋梁的沖擊作用.選用一輛典型三軸重車模型，獲得了汽車制動時預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的跨中動力響應(yīng)及沖擊系數(shù).研究了剎車位置、減速度、初速度、路面平整度、橋跨長度等因素對動力沖擊系數(shù)的影響，并將計算得到的動力沖擊系數(shù)與中國規(guī)范進(jìn)行了對比.結(jié)果表明，汽車剎車對橋梁的沖擊效應(yīng)隨著制動力的增大而增大，并且在橋梁前半跨內(nèi)剎車產(chǎn)生的動力沖擊效應(yīng)要大于在后半跨內(nèi)剎車.同時，汽車制動時橋梁的動力響應(yīng)及沖擊系數(shù)均明顯大于車輛勻速行駛的情況，且沖擊系數(shù)可能超出規(guī)范值.

關(guān)鍵詞：汽車制動；三維車橋模型；動力響應(yīng)；沖擊系數(shù)；簡支梁橋

中圖分類號：U441.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前，在車橋系統(tǒng)動力分析中將車輛假定為在橋上勻速運動的研究已經(jīng)比較成熟[1-4]，而對于車輛荷載在橋上變速移動（剎車或者加速）下橋梁動力響應(yīng)及沖擊系數(shù)的研究較少，且模型比較簡單，不能準(zhǔn)確模擬汽車變速行駛下橋梁的真實響應(yīng).在已有的考慮汽車變速效應(yīng)的車橋耦合振動的研究中，Law和Zhu，方志等均是將橋梁簡化為簡支梁，將車輛荷載簡化為集中荷載或簡化的平面車輛模型；Gupta 和 TraillNash 將橋梁簡化為梁單元和正交各向異性板兩種模型進(jìn)行車橋耦合振動的研究，結(jié)果顯示將橋模擬為板單元得到的動力沖擊系數(shù)比用梁單元得到的小，因此指出對復(fù)雜的車橋系統(tǒng)進(jìn)行動力研究時有必要采用更精確的二維或三維橋梁模型.此外，殷新峰和方志的研究發(fā)現(xiàn)汽車剎車產(chǎn)生的動力沖擊系數(shù)可能會超過規(guī)范值.然而，在他們的研究中橋梁采用的是梁單元模型.

基于以上研究狀況，本文建立了更加精確的三維有限元車橋模型研究汽車制動下的車橋耦合振動.選用一輛典型三軸重車模型獲得了汽車制動時混凝土簡支梁橋的跨中動力響應(yīng)及沖擊系數(shù).對影響動力沖擊系數(shù)的幾個重要因素，如剎車位置、減速度、初速度、路面平整度及橋跨長度等進(jìn)行了研究，并將計算的動力沖擊系數(shù)與我國現(xiàn)行規(guī)范值進(jìn)行了對比.

1車輛、橋梁及路面平整度

1.1車輛模型

本文選用了文獻(xiàn)[2]中的典型三軸車輛模型.該車總質(zhì)量32.63 t.因重車為實際橋梁上的控制車輛荷載，故研究重車作用下的動力沖擊系數(shù).圖1為車輛模型示意圖，表1為其詳細(xì)參數(shù).

1.2橋梁模型

本文所用的5座預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋跨度為9.14～39.62 m.每座橋的寬度均為9.75 m，橋面板厚度為0.2 m.不同跨徑的橋梁的高度和橫截面均按規(guī)范設(shè)計.表2列出了5座橋的基本信息以及根據(jù)規(guī)范公式獲得的動力沖擊系數(shù)值.基于Ansys14.5平臺，采用精度高的3D實體單元solid45建立5座橋梁的有限元模型，具體建模過程和模型細(xì)節(jié)見文獻(xiàn)[4].圖2為橋梁橫截面及車輛加載位置，其中車輛沿車道2正中行駛.

5結(jié)論

本文利用三維車橋模型研究了汽車制動下的車橋耦合振動.獲得了典型三軸重車在混凝土簡支梁橋上剎車時橋梁的跨中動力響應(yīng)及沖擊系數(shù)，討論了剎車位置、減速度、速度、路面平整度及橋跨長度對沖擊系數(shù)的影響規(guī)律.得出以下主要結(jié)論：

1）汽車制動時橋梁的動力響應(yīng)及沖擊系數(shù)均明顯大于車輛勻速行駛情況，且增長幅度隨著減速度絕對值的增大而增大.

2）車輛在橋前半跨內(nèi)剎車的動力沖擊系數(shù)值大于在后半跨內(nèi)剎車的值.

3）速度對動力沖擊系數(shù)的影響較復(fù)雜.動力沖擊系數(shù)并不隨車速的增大而單調(diào)遞增或遞減，這與車輛勻速的情況類似.

4）路面平整度對動力沖擊系數(shù)的影響顯著，勻速與剎車情況下動力沖擊系數(shù)均隨著路面平整度的變差而增大；當(dāng)路面平整度等級為差時，勻速行駛時的動力沖擊系數(shù)的絕大部分值及汽車剎車時的全部沖擊系數(shù)值均超過規(guī)范值，故維護(hù)橋面狀況對于減少車輛的動力沖擊效應(yīng)具有很重要的意義.

值得注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)，在若干工況下，車輛勻速行駛時的沖擊系數(shù)滿足規(guī)范要求，而相應(yīng)的剎車作用下的沖擊系數(shù)則超出了規(guī)范值.因此，在橋梁評估時必須考慮到汽車剎車作用對沖擊系數(shù)的影響.本文的研究結(jié)果可以為工程實踐中評估混凝土簡支梁橋時動力沖擊系數(shù)的采用提供一定的參考依據(jù).

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