基于三维桥面不平度宽桥的车桥耦合振动研究

论文摘要

随着城市化进程的不断推进,城市的规模不断扩大,人流量与车流量不断增加。为了缓解城市交通压力,除了更优的城市规划、道路布局外,进一步扩大道路路幅宽度已成为必然之举。因此,城市桥梁的宽跨比往往较大,甚至有桥梁宽跨比达到1以上。所以,城市桥梁的结构形式、设计计算方法及施工工艺都有其自身特点,为了保障城市交通的安全、畅通,对其进行动力分析,特别是车-桥耦合振动分析是非常必要的。有鉴于此,本文主要工作如下:首先,为考虑桥面宽度对车-桥耦合振动的影响,通过改进谐波叠加法,将现有二维桥面不平度谱扩展至三维空间,并结合MATLAB编程实现三维桥面谱的仿真建模。然后,结合Ansys二次开发功能,分别采用迭代法和模态综合法模拟车-桥耦合振动,并将求得的动力响应结果与动力荷载试验实测值比对,以此验证仿真模型及其计算参数的正确性,并在此基础上分析宽跨比对车-桥耦合振动的影响。其次,城市交通中车辆多为变速行驶,为研究车辆刹车及加速等行驶状态下的车-桥耦合振动,建立考虑车辆行进方向作用的有限元模型,并通过与二轴车辆过桥模型半解析解对比以验证其正确性。最后,总结研究成果,并指出研究中仍存在的问题,简要讨论了深入研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车-桥耦合振动分析的古典理论
• 1.2.1 匀速移动常力过桥分析
• 1.2.2 匀速移动简谐力过桥分析
• 1.2.3 匀速移动质量过桥分析
• 1.2.4 匀速移动质-弹系统过桥分析
• 1.3 车-桥耦合振动研究现状
• 1.3.1 动力荷载试验
• 1.3.2 数值计算分析
• 1.3.3 规范动力放大系数
• 1.4 影响车-桥耦合系统振动的特殊行车状态
• 1.4.1 刹车及加速行驶
• 1.4.2 跳车
• 1.5 城市宽桥的发展现状及受力特点
• 1.5.1 城市宽桥发展现状
• 1.5.2 城市宽桥的特点
• 1.6 论文研究的主要内容及意义
• 第二章 车-桥耦合计算方法
• 2.1 迭代法
• 2.1.1 基本假设
• 2.1.2 计算模型及动力方程
• 2.1.3 迭代算法
• 2.2 模态综合法
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 桥梁动力方程
• 2.2.3 车辆动力方程
• 2.3 本章小结
• 第三章 三维仿真桥面谱的建模与验证
• 3.1 引言
• 3.2 不平度功率谱密度函数
• 3.3 三维桥面谱的仿真建模
• 3.3.1 谐波叠加法原理
• 3.3.2 目标谱频带范围的选取
• 3.3.3 三维桥面谱的实现
• 3.3.4 三维桥面谱特性验证
• 3.4 路面不平度预测模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 城市宽桥的车桥耦合振动分析
• 4.1 动力荷载试验及模型验证
• 4.1.1 工程背景及试验介绍
• 4.1.2 仿真软件及方法简介
• 4.1.3 计算模型说明
• 4.1.4 轮迹相干性分析
• 4.1.5 迭代法计算过程介绍
• 4.1.6 模态综合法计算过程介绍
• 4.1.7 动力荷载试验实测数据
• 4.1.8 结果分析
• 4.2 宽跨比对车桥耦合系统动力响应影响分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 考虑车辆变速行驶的车-桥耦合振动分析
• 5.1 引言
• 5.2 车辆运动方程
• 5.3 变速行驶状态下车辆运动方程
• 5.4 有限单元解
• 5.4.1 移动车轮单元
• 5.4.2 弹簧-阻尼单元及集中质量单元
• 5.4.3 刚性连接
• 5.4.4 刹车与加速
• 5.5 模型验证及参数分析
• 5.5.1 单跨刚构桥
• 5.5.2 三跨连续刚构桥
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录