CN115408754B - 一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，包括：结合时变桥梁模型和车辆模型建立车桥耦合模型；将时变桥梁模型产生的位移值叠加到预设位置处的轨道不平顺生成新的轨道不平顺激励到车桥耦合模型；预设加载龄期，得到桥梁长期下挠沿跨度的变化曲线和中跨跨中长期变形随时间发展曲线；计算跨中钢梁下翼缘应力和梁端栓钉应力获得关键部位的疲劳应力谱；选取相应的疲劳S‑N曲线，计算总疲劳损伤程度D。利用建立的考虑时变效应的钢‑混凝土组合箱梁桥‑列车耦合模型，可以对高速列车作用下的组合梁桥跨中钢梁下翼缘与梁端栓钉损伤进行分析，并且可以精确地计算出运营阶段时变效应对高速列车荷载作用下桥梁的疲劳损伤性能的影响。

Description

一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法
技术领域
本发明属于疲劳性能分析技术领域，具体涉及一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法。
背景技术
高速铁路钢-混凝土组合箱梁桥在运营阶段除承受自身恒载及环境作用外，还要承受高频次的高速列车的作用。组合桥梁在长期的运营阶段由于混凝土的收缩徐变作用会产生下挠，该作用与高频次的列车荷载耦合作用势必会对组合桥梁关键部位的疲劳性能产生影响。根据大量的试验研究表明，在疲劳荷载作用下，组合桥梁的疲劳破坏通常以跨中钢梁下翼缘与梁端栓钉疲劳破坏为主。因此，有必要对高速列车荷载与长期下挠耦合作用下的钢-混凝土组合梁桥的疲劳性能展开评估，为运营维护提供理论参考。本发明对高速列车荷载作用下跨中钢梁下翼缘与梁端栓钉的疲劳损伤进行相关研究，并提出一个行之有效的分析方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，用于解决现有技术中缺少一种对高速列车荷载与长期下挠耦合作用下的钢-混凝土组合梁桥的疲劳性能进行准确分析的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，包括以下步骤：
S1：建立2节点18自由度的时变桥梁模型和27自由度车辆模型，并通过轮轨接触理论结合所述时变桥梁模型和车辆模型建立车桥耦合模型；
S2：通过数值模拟轨道不平顺，将所述时变桥梁模型产生的位移值叠加到预设位置处的轨道不平顺生成新的轨道不平顺，将新的轨道不平顺作为激励作用到所述车桥耦合模型；
S3：预设加载龄期，通过所述车桥耦合模型得到运营节段桥梁长期下挠沿跨度的变化曲线和中跨跨中长期变形随时间发展曲线；
S4：计算跨中钢梁下翼缘应力和梁端栓钉应力得到高速列车通过桥梁整个时程范围内关键部位的应力变化曲线，再通过雨流计数法统计分析应力历程，获得关键部位的疲劳应力谱；
S5：选取相应的疲劳S-N曲线，并通过以下公式计算运营阶段关键节点所承受的总疲劳损伤程度D：
其中，ni表示应力幅Δσi的循环次数；Ni为应力幅Δσi所对应的最大循环数；k为应力幅种类总数。
进一步，所述时变桥梁模型建立包括以下步骤：
A1：预设模型准则；
A2：建立空间坐标系，并通过以下公式表示结构任意一点的位置；
r(x，y，z)＝xii+yjj+zkk
其中，ii，jj，kk为x，y，z轴的单位向量，和/>为混凝土板和钢梁的截面包络区域；
A3：建立所述时变桥梁模型的位移表达式：
其中，a为混凝土板；CS为组合梁；为整体结构的扭转角；t为混凝土的龄期；u0和v0为整体结构形心的竖向位移，/>为组合梁形心的z向坐标，/>表示组合梁形心的y向坐标，ya代表混凝土板形心的y向坐标，；/>为混凝土板形心的纵向位移，za代表混凝土板形心的z向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x；t)和v0(x；t)对x求导，fa为混凝土板的强度函数，/>是混凝土板和钢梁的剪力滞翘曲形函数，对于U型钢梁，上翼缘板和腹板不存在剪力滞翘曲问题，对于钢梁下翼缘板则需要考虑剪力滞效应。
进一步，步骤S4中，所述跨中钢梁下翼缘应力的计算包括以下步骤：
B1：通过步骤A3所述的位移表达式得到钢梁任一点的纵向位移ws：
其中，ws0为组合梁形心的纵向位移，为组合梁的剪力滞翘曲形函数，fs为组合梁的剪力滞翘曲的强度函数，zs为组合梁形心的纵向坐标，ys为组合梁形心的y向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x)和v0(x)对x求导；
B2：对组合梁中钢梁的纵向位移求导得到钢梁的正应变εs
其中，ws0’，u0”，v0“，fs’分别表示对ws0，u0’，v0’，fs对x求导；
B3：模型任一点的位移可以通过节点位移与相应的寻函数矩阵得到，通过车桥耦合动力分析，得到列车过桥的桥梁单元的节点位移，从而得到跨中钢梁下翼缘位置的纵向位移时程：
ws＝Nseqse
其中，ws为钢梁下翼缘纵向位移，qse表示钢梁单元的单元局部节点位移向量；Nse表示该梁单元中与纵向位移场函数ws相对应的形函数矩阵；
B4：通过以下公式计算钢梁单元局部节点位移
其中，i，j分别指梁单元的两端节点编号；
B5：通过钢梁的应力-应变关系：σs＝Esεs，得到钢梁相应位置的正应力时程，其中，σs为钢梁的正应力，εs为钢梁的正应变，Es为钢梁的弹性模型。
进一步，所述步骤S4中，所述梁端栓钉应力的计算包括以下步骤：
C1：预设混凝土板与钢梁界面的剪力连接刚度ρsh沿桥梁纵向为定值，通过以下公式确定界面的粘结滑移力q(x)与滑移Δ(x)的关系：
q(x)＝ρshΔ(x)＝ρsh(ws0-wc0+v0’h)
其中，R为栓钉的抗剪刚度，s为栓钉的纵向间距；
C2：预设钢-混凝土组合桥梁中钢梁与混凝土板交界面的纵向剪力全部由栓钉承担，通过以下公式求出钢-混凝土组合桥梁梁端单个栓钉的剪应力：
其中，n表示组合桥梁同一横截面栓钉个数；ds表示栓钉截面直径，s为栓钉的纵向间距。
进一步，步骤S2中，数值模拟轨道不平顺通过轨道不平顺样本进行模拟，所述轨道不平顺样本获取包括以下步骤：
D1：建立轨道不平顺谱的谱密度函数：
其中，轨道谱的SV(Ω)、Sa(Ω)的单位为m2/(rad/m)，Sc(Ω)的单位为1/(rad/m)；Ω为轨道不平顺的空间角频率(rad/m)；Ωc、Ωs、Ωr为截断频率(rad/m)；Av、Aa为粗糙度常数(m2·rad/m)，b是车轮滚动圆的半径，取0.75m；
D2：采用三角级数法得到轨道不平顺的样本：
其中，p(x)为所产生的轨道不平顺序列；s(ωk)为给定的轨道不平顺的功率谱密度函数；ωk，(k＝1，2，…，N)，其中ω1、ωN分别为所考虑频率的上限和下限；Δω为频率间隔的带宽；φk为相应第k个频率的相位，可按0～2π间均匀分布取值。
进一步，步骤A1中，所述预设模型准则包括：钢梁和混凝土板不考虑腹板剪切变形；在竖向和横向假定混凝土板和钢梁在变形过程中始终发生相同的位移，不考虑混凝土板的掀起；在纵向认为混凝土板和钢梁位移不协调，即存在界面滑移；只考虑轴向变形和竖向弯曲产生的纵向滑移；考虑混凝土顶板和钢梁底板纵向位移沿横向分布不均匀的情况，即剪力滞效应；关注结构正常使用阶段受力行为，钢梁始终处于弹性受力状态，故钢材的应力-应变关系为线弹性；关注结构正常使用阶段受力行为，界面的剪力连接件始终处于弹性受力状态；关注结构正常使用阶段受力行为，混凝土板始终处于弹性受力状态，混凝土的徐变行为采用线性徐变模型来模拟。
进一步，所述27自由度车辆模型包括：1个车体、2个转向架和4个轮对；每个所述车体包括车体浮沉vvc、车体横摆uvc、车体侧滚φvc、车体摇头θvc、点头共5个自由度，每个所述转向架包括转向架浮沉vvt、转向架横摆uvt、转向架侧滚φvt、转向架摇头θvt、转向架点头共5个自由度，每个所述轮对包括轮对浮沉vvw、轮对横摆uvw、轮对侧滚φvw共3个自由度。
本发明的有益效果在于：
本发明利用建立的考虑时变效应的钢-混凝土组合箱梁桥-列车耦合模型，可以对高速列车作用下的组合梁桥跨中钢梁下翼缘与梁端栓钉损伤进行分析，并且可以精确地计算出运营阶段时变效应对高速列车荷载作用下桥梁的疲劳损伤性能的影响。
本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例的车辆模型的自由度侧视图；
图3为本发明实施例的车辆模型的自由度正视图；
图4为本发明实施例的车辆模型的自由度俯视图；
图5为本发明实施例的钢-混凝土组合箱梁的结构示意图；
图6为本发明实施例的钢-混凝土组合箱梁的横截面示意图。
具体实施方式
如图1～6所示，本发明提供一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，包括以下步骤：
S1：建立时变桥梁模型和27自由度车辆模型，其中：时变桥梁模型的建立为基于Kelvin模型建立考虑时变、滑移和剪力滞效应的2节点18自由度的空间有限梁单元模型，并建立结构位置表达式：
r(x，y，z)＝xii+yjj+zkk
其中，ii，jj，kk为x，y，z轴的单位向量，和/>为混凝土板和钢梁的截面包络区域；
S2：通过轮轨接触理论结合所述时变桥梁模型和车辆模型建立车桥耦合模型；
S3：通过数值模拟轨道不平顺，将时变桥梁模型产生的位移值叠加到预设位置处的轨道不平顺生成新的轨道不平顺，利用新生成的轨道不平顺作为激励作用到车桥耦合模型；
S4：以28天为加载龄期，钢-混凝土组合箱梁时变模型得到运营阶段桥梁长期下挠沿跨度的变化曲线和中跨跨中长期变形随时间发展曲线；
S5：通过计算跨中钢梁下翼缘应力和梁端栓钉应力得到高速列车通过桥梁整个时程范围内关键部位的应力变化曲线，再通过雨流计数法，对应力历程进行统计分析，获得关键部位的疲劳应力谱；
S6：通过以下公式分别选取钢梁的疲劳S-N曲线和栓钉的疲劳S-N曲线：
钢梁的疲劳S-N曲线：lgN+3.51lgΔσ＝13.45
其中，Δσ为实际应力幅大小；N为结构疲劳失效时的总循环次数；
栓钉的疲劳S-N曲线：lgN+5.13lgΔτ＝16.205
其中，Δτ为实际应力幅大小；N为结构疲劳失效时的总循环次数；
S7：将每次应力幅对结构节点部位产生的损伤计为1/Ni，总损伤由每次损伤线性累加得到：
其中，D为运营阶段关键节点所承受的总疲劳损伤程度；ni表示应力幅Δσi的循环次数；Ni为应力幅Δσi所对应的最大循环数；k为应力幅种类总数。
在本发明的一个实施例中，采用国内常用的CRH2高速列车、CRH3高速列车，车速取平均300km/h，分别建立车辆模型，并模拟单列8节编组形式的列车通过三跨简支组合箱梁桥；
首先，基于Kelvin模型建立考虑时变、滑移和剪力滞效应的2节点18自由度的空间有限梁单元模型，钢-混凝土组合箱梁模型及其几何参数标注如图2所示，在图2中的坐标系中，结构任意一点的位置通过结构表达式表示：
r(x，y，z)＝xii+yjj+zkk；
式中ii，jj，kk分别表示x，y，z轴的单位向量，和/>分别代表混凝土板和钢梁的截面包络区域；
根据组合梁实际的受力特性，模型的建立基于以下准则：(a)钢梁和混凝土板不考虑腹板剪切变形；(b)在竖向和横向假定混凝土板和钢梁在变形过程中始终发生相同的位移，不考虑混凝土板的掀起；(c)在纵向认为混凝土板和钢梁位移不协调，即存在界面滑移；(d)只考虑轴向变形和竖向弯曲产生的纵向滑移；(e)考虑混凝土顶板和钢梁底板纵向位移沿横向分布不均匀的情况，即剪力滞效应；(f)关注结构正常使用阶段受力行为，钢梁始终处于弹性受力状态，故钢材的应力-应变关系为线弹性；(g)关注结构正常使用阶段受力行为，界面的剪力连接件始终处于弹性受力状态；(h)关注结构正常使用阶段受力行为，混凝土板始终处于弹性受力状态，混凝土的徐变行为采用线性徐变模型来模拟；
所述车辆模型采用27自由度模型，如图2-4，包括1个车体、2个转向架和4个轮对；每个所述车体包括车体浮沉vvc、车体横摆uvc、车体侧滚φvc、车体摇头θvc、点头共5个自由度，每个所述转向架包括转向架浮沉vvt、转向架横摆uvt、转向架侧滚φvt、转向架摇头θvt、转向架点头/>共5个自由度，每个所述轮对包括轮对浮沉vvw、轮对横摆uvw、轮对侧滚φvw共3个自由度；桥梁模型与车辆模型采用轮轨接触理论结合在一起，其中竖向轮轨作用采用密贴假定，即轮对竖向位移为桥梁竖向位移与轨道不平顺的叠加，横向轮轨作用采用Kaller线性蠕滑理论；
第二步，通过模型建立准则和图5中的坐标系，根据以下公式进行分析组合箱梁上任一点的x，y，z向位移u(x，y，z，t)，v(x，y，z，t)，wa(x，y，z；t)：
其中，a为混凝土板；CS为组合梁；为整体结构的扭转角；t为混凝土的龄期；u0和v0为整体结构形心的竖向位移，/>为组合梁形心的z向坐标，/>表示组合梁形心的y向坐标，ya代表混凝土板形心的y向坐标，；/>为混凝土板形心的纵向位移，za代表混凝土板形心的z向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x；t)和v0(x；t)对x求导，fa为混凝土板的强度函数，/>是混凝土板和钢梁的剪力滞翘曲形函数，对于U型钢梁，上翼缘板和腹板不存在剪力滞翘曲问题，对于钢梁下翼缘板则需要考虑剪力滞效应。
第三步，建立车桥耦合模型：在所述时变桥梁模型基础上提出单元刚度矩阵，建立钢-混凝土组合梁箱梁的单元一致质量矩阵，在得到单元刚度矩阵和单元质量矩阵的基础上可根据整体坐标系与局部坐标系之间的坐标转换关系将单元刚度矩阵、单元质量矩阵和单元节点荷载向量转换成整体坐标系下的单元矩阵和向量，再进行集成可得到钢-混凝土组合箱梁桥的整体刚度矩阵、整体质量矩阵和整体节点荷载向量；其中，需保持整体坐标系和局部坐标系相一致，且与车辆模型坐标系相一致，即在单元刚度矩阵、质量矩阵和单元节点荷载向量的基础上直接可集成整体刚度矩阵Kbb、整体质量矩阵Mbb和整体节点荷载向量Fb，进而依据Rayleigh粘滞阻尼理论可得到整体阻尼矩阵Cbb，进而建立组合箱梁运动方程；假定钢-混凝土组合箱梁桥的有限元模型划分为Nb个单元，节点数为Nb+1个，则桥梁运动方程表示为：其中，qb为整体节点位移量，/>为qb对时间t的二阶导数，/>为qb对时间t的一阶导数；
第四步，数值模拟轨道不平顺：由于轨道不平顺的存在，改变了轮轨接触关系，对轮轨系统的动力特性产生了影响，机车车辆在轨道不平顺和其他外部激励的激扰下产生振动，并通过轮轨接触点传给轨道结构和桥梁结构，形成了车辆-轨道-桥梁系统的动力相互作用过程；在模拟轨道不平顺谱通过以下谱密度函数表达轨道不平顺谱：
其中，轨道谱的SV(Ω)、Sa(Ω)的单位为m2/(rad/m)，Sc(Ω)的单位为1/(rad/m)；Ω为轨道不平顺的空间角频率(rad/m)；Ωc、Ωs、Ωr为截断频率(rad/m)；Av、Aa为粗糙度常数(m2·rad/m)，b是车轮滚动圆的半径，取0.75m：
第五步，通过三角级数法，根据以下公式得到轨道不平顺的样本：
其中，p(x)为所产生的轨道不平顺序列；s(ωk)为给定的轨道不平顺的功率谱密度函数；ωk，(k＝1，2，…，N)，其中ω1、ωN分别为所考虑频率的上下限；Δω为频率间隔的带宽；φk为相应第k个频率的相位，可按0～2π间均匀分布取值；
第六步，将时变模型产生的位移值叠加到相应位置处的轨道不平顺生成新的轨道不平顺，利用新生成的轨道不平顺作为激励作用到车桥耦合系统；
第七步，以28天为加载龄期，使用车桥耦合模型得到运营阶段桥梁长期下挠沿跨度的变化曲线和中跨跨中长期变形随时间发展曲线；
第八步，根据以下步骤计算跨中钢梁下翼缘应力：
通过所述位移表达式得到钢梁任一点的纵向位移ws：
其中，ws0为组合梁形心的纵向位移，为组合梁的剪力滞翘曲形函数，fs为组合梁的剪力滞翘曲的强度函数，zs为组合梁形心的纵向坐标，ys为组合梁形心的y向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x)和v0(x)对x求导；
对组合梁中钢梁的纵向位移求导，可以得到钢梁的正应变εs
其中，ws0’，u0”，v0“，fs’分别表示对ws0，u0’，v0’，fs对x求导；
模型任一点的位移可以通过节点位移与相应的寻函数矩阵得到，通过车桥耦合动力分析得到列车过桥的桥梁单元的节点位移，从而得到跨中钢梁下翼缘位置的纵向位移时程：
ws＝Nseqse
其中，ws为钢梁下翼缘纵向位移，qse表示钢梁单元的单元局部节点位移向量；Nse表示该梁单元中与纵向位移场函数ws相对应的形函数矩阵；
通过以下公式计算钢梁单元局部节点位移
其中，i，j分别指梁单元的两端节点编号；
通过钢梁的应力-应变关系：σs＝Esεs，得到钢梁相应位置的正应力时程；其中，σs为钢梁的正应力，εs为钢梁的正应变，Es为钢梁的弹性模型。
第九步，根据以下步骤计算所述梁端栓钉应力：
B1：预设混凝土板与钢梁界面的剪力连接刚度ρsh沿桥梁纵向为定值，通过以下公式确定界面的粘结滑移力q(x)与滑移Δ(x)的关系：
q(x)＝ρshΔ(x)＝ρsh(ws0-wc0+v0’h)
其中，R为栓钉的抗剪刚度，s为栓钉的纵向间距；
其中，ds为栓钉截面直径，Nu为栓钉抗剪承载力，fc为混凝土抗压强度，对于普通混凝土，α＝0.08；
Δ(x)＝Nheqhe
其中，qhe表示为滑移位移场函数相关的单元局部节点位移向量，Nhe表示该梁单元中与滑移位移场函数Δ(x)相对应的形函数矩阵；钢梁单元局部节点位移可以表示为：
B2：预设钢-混凝土组合桥梁中钢梁与混凝土板交界面的纵向剪力全部由栓钉承担，通过以下公式求出钢-混凝土组合桥梁梁端单个栓钉的剪应力：
其中，n表示组合桥梁同一横截面栓钉个数；ds表示栓钉截面直径，s为栓钉的纵向间距；
在有限元中，任一点的位移可以通过节点位移与相应的形函数矩阵得到，通过车桥耦合动力分析程序，可以得到列车过桥时桥梁单元的节点位移，进而得到组合梁桥梁端滑移时程，最后B2中的公式求得梁端栓钉在列车荷载下所产生的应力时程；
第十步，在计算得出的钢梁下翼缘应力和梁端栓钉应力的基础上，得到高速列车通过桥梁整个时程范围内关键部位的应力变化曲线，再通过雨流计数法，对应力历程进行统计分析，获得关键部位的疲劳应力谱；
第十一步，分别选取钢梁的疲劳S-N曲线和栓钉的疲劳S-N曲线：
钢梁的疲劳S-N曲线：lgN+3.51lgΔσ＝13.45
其中，Δσ为实际应力幅大小；N为结构疲劳失效时的总循环次数；
栓钉的疲劳S-N曲线：lgN+5.13lgΔτ＝16.205
其中，Δτ为实际应力幅大小；N为结构疲劳失效时的总循环次数；
第十二步，将每次应力幅对结构节点部位产生的损伤计为1/Ni，总损伤由每次损伤线性累加得到：
其中，D为运营阶段关键节点所承受的总疲劳损伤程度；ni表示应力幅Δσi的循环次数；Ni为应力幅Δσi所对应的最大循环数；k为应力幅种类总数；
通过以上计算得到不同运营阶段下单列8节编组CRH2列车、CRH3列车过桥时对跨中钢梁下翼缘和梁端抗剪箍筋造成的损伤程度。
上述技术方案的有益效果：利用建立的考虑时变效应的钢-混凝土组合箱梁桥-列车耦合模型，可以对高速列车作用下的组合梁桥跨中钢梁下翼缘与梁端栓钉损伤进行分析，并且可以精确地计算出运营阶段时变效应对高速列车荷载作用下桥梁的疲劳损伤性能的影响。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立2节点18自由度的时变桥梁模型和27自由度车辆模型，并通过轮轨接触理论结合所述时变桥梁模型和车辆模型建立车桥耦合模型；
S2：通过数值模拟轨道不平顺，将所述时变桥梁模型产生的位移值叠加到预设位置处的轨道不平顺生成新的轨道不平顺，将新的轨道不平顺作为激励作用到所述车桥耦合模型；
S3：预设加载龄期，通过所述车桥耦合模型得到运营节段桥梁长期下挠沿跨度的变化曲线和中跨跨中长期变形随时间发展曲线；
S4：计算跨中钢梁下翼缘应力和梁端栓钉应力得到高速列车通过桥梁整个时程范围内关键部位的应力变化曲线，再通过雨流计数法统计分析应力历程，获得关键部位的疲劳应力谱；
S5：选取相应的疲劳S-N曲线，并通过以下公式计算运营阶段关键节点所承受的总疲劳损伤程度D：
其中，ni表示应力幅Δσi的循环次数；Ni为应力幅Δσi所对应的最大循环数；k为应力幅种类总数。
2.根据权利要求1所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：所述时变桥梁模型建立包括以下步骤：
A1：预设模型准则；
A2：建立空间坐标系，并通过以下公式表示结构任意一点的位置；
r(x，y，z)＝xii+yjj+zkk
其中，ii，jj，kk为x，y，z轴的单位向量，和/>为混凝土板和钢梁的截面包络区域；L为钢-混凝土组合箱梁x方向的长度；
A3：根据以下公式进行分析组合箱梁上任一点的x，y，z向位移u(x,y,z；t),v(x,y,z；t),wa(x,y,z；t)：
其中，a为混凝土板；CS为组合梁；为整体结构的扭转角；t为混凝土的龄期；u0和v0为整体结构形心的竖向位移，/>为组合梁形心的z向坐标，/>表示组合梁形心的y向坐标，ya代表混凝土板形心的y向坐标；/>为混凝土板形心的纵向位移，za代表混凝土板形心的z向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x；t)和v0(x；t)对x求导，fa为混凝土板的强度函数，/>是混凝土板和钢梁的剪力滞翘曲形函数，对于U型钢梁，上翼缘板和腹板不存在剪力滞翘曲问题，对于钢梁下翼缘板则需要考虑剪力滞效应。
3.根据权利要求2所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：步骤S4中，所述跨中钢梁下翼缘应力的计算包括以下步骤：
B1：通过步骤A3所述的位移表达式得到钢梁任一点的纵向位移ws：
其中，ws0为组合梁形心的纵向位移，为组合梁的剪力滞翘曲形函数，fs为组合梁的剪力滞翘曲的强度函数，zs为组合梁形心的纵向坐标，ys为组合梁形心的y向坐标，u0’和v0’分别表示u0(x)和v0(x)对x求导；
B2：对组合梁中钢梁的纵向位移求导得到钢梁的正应变εs
其中，ws0’，u0”，v0“，fs’分别表示对ws0，u0’，v0’，fs对x求导；
B3：模型任一点的位移可以通过节点位移与相应的寻函数矩阵得到，通过车桥耦合动力分析，得到列车过桥的桥梁单元的节点位移，从而得到跨中钢梁下翼缘位置的纵向位移时程：
ws＝Nseqse
其中，ws为钢梁下翼缘纵向位移，qse表示钢梁单元的单元局部节点位移向量；Nse表示该梁单元中与纵向位移场函数ws相对应的形函数矩阵；
B4：计算钢梁单元局部节点位移；
B5：通过钢梁的应力-应变关系：σs＝Esεs，得到钢梁相应位置的正应力时程，其中，σs为钢梁的正应力，εs为钢梁的正应变，Es为钢梁的弹性模型。
4.根据权利要求3所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述梁端栓钉应力的计算包括以下步骤：
C1：预设混凝土板与钢梁界面的剪力连接刚度ρsh沿桥梁纵向为定值，通过以下公式确定界面的粘结滑移力q(x)与滑移Δ(x)的关系：
q(x)＝ρshΔ(x)
其中，R为栓钉的抗剪刚度，s为栓钉的纵向间距；
C2：预设钢-混凝土组合桥梁中钢梁与混凝土板交界面的纵向剪力全部由栓钉承担，通过以下公式求出钢-混凝土组合桥梁梁端单个栓钉的剪应力：
其中，n表示组合桥梁同一横截面栓钉个数；ds表示栓钉截面直径，s为栓钉的纵向间距。
5.根据权利要求1所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：步骤S2中，数值模拟轨道不平顺通过轨道不平顺样本进行模拟，所述轨道不平顺样本获取包括以下步骤：
D1：建立轨道不平顺谱的谱密度函数：
其中，轨道谱的SV(Ω)、Sa(Ω)的单位为m2/(rad/m)，Sc(Ω)的单位为1/(rad/m)；Ω为轨道不平顺的空间角频率(rad/m)；Ωc、Ωs、Ωr为截断频率(rad/m)；Av、Aa为粗糙度常数(m2·rad/m)，b是车轮滚动圆的半径，取0.75m；
D2：采用三角级数法得到轨道不平顺的样本：
其中，p(x)为所产生的轨道不平顺序列；s(ωk)为给定的轨道不平顺的功率谱密度函数；ωk,(k＝1,2,…,N)，其中ω1、ωN分别为所考虑频率的上限和下限；Δω为频率间隔的带宽；φk为相应第k个频率的相位，可按0～2π间均匀分布取值。
6.根据权利要求2所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：步骤A1中，所述预设模型准则包括：钢梁和混凝土板不考虑腹板剪切变形；在竖向和横向假定混凝土板和钢梁在变形过程中始终发生相同的位移，不考虑混凝土板的掀起；在纵向认为混凝土板和钢梁位移不协调，即存在界面滑移；只考虑轴向变形和竖向弯曲产生的纵向滑移；考虑混凝土顶板和钢梁底板纵向位移沿横向分布不均匀的情况，即剪力滞效应；关注结构正常使用阶段受力行为,钢梁始终处于弹性受力状态,故钢材的应力-应变关系为线弹性；关注结构正常使用阶段受力行为,界面的剪力连接件始终处于弹性受力状态；关注结构正常使用阶段受力行为,混凝土板始终处于弹性受力状态，混凝土的徐变行为采用线性徐变模型来模拟。
7.根据权利要求1所述的考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法，其特征在于：所述27自由度车辆模型包括：1个车体、2个转向架和4个轮对；每个所述车体包括车体浮沉vvc、车体横摆uvc、车体侧滚φvc、车体摇头θvc、点头共5个自由度，每个所述转向架包括转向架浮沉vvt、转向架横摆uvt、转向架侧滚φvt、转向架摇头θvt、转向架点头/>共5个自由度，每个所述轮对包括轮对浮沉vvw、轮对横摆uvw、轮对侧滚φvw共3个自由度。
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