移动车辆激励的内埋膜复合材料桥梁结构动力学计算

桥梁通常由钢筋混凝土复合材料构成, 钢筋数量众多且以铺层方式埋于混凝土内部. 传统方法通常采用二维梁单元建模, 进行桥梁动力学计算, 虽然具有很高的求解效率, 但计算精度较低. 文章提出了内埋膜复合材料模型, 对钢筋混凝土桥梁结构进行均匀化建模, 建立了移动车辆激励的桥梁结构有限元求解模型, 实现了车桥耦合动力学问题计算.
将钢筋铺层结构等体积等效为膜结构, 分别对混凝土实体结构和膜结构进行有限元离散, 建立了实体单元和膜单元的内埋约束方程, 描述了钢筋和混凝土之间的相互作用关系. 给出了移动载荷的计算方法, 采用射线法识别移动载荷加载单元位置, 推导了实体桥梁与车辆模型的车桥耦合系统动力学方程, 采用HHT-α方法构造了动力学方程求解格式, 通过数值算例验证了方法的有效性. 采用内埋膜方法对桥梁复合材料结构进行精细建模, 可以获得移动车辆激励工况下精确的车辆与桥梁动力学响应, 将在桥梁动力冲击分析、桥梁损伤识别和健康监测等方面有重要应用.