移动荷载作用下桥梁的车桥耦合振动分析

论文摘要

当车辆以一定速度通过桥梁时,使桥梁产生振动、冲击等动力效应,而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动,这种相互作用、相互影响的问题,就是车辆与桥梁之间的耦合振动问题。车辆动力作用引起桥梁上部结构的振动可能使结构构件产生疲劳,降低其强度和稳定性;桥梁振动过大可能会对桥上车辆的运行安全和稳定性产生影响;并且随着近年我国经济的飞速发展,车辆运行速度大大提高,桥梁结构趋于大跨化、轻型化,使车桥耦合振动问题日益突出,因此分析影响车桥耦合振动的因素越来越受到工程界的重视。本文在总结和吸收前人研究成果的基础上,对车-桥耦合振动问题做了进一步的分析研究。本文的主要研究工作包括以下内容:1.本文基于有限元理论建立了车辆和桥梁耦合振动的数学模型,推导车辆的动力平衡方程以及车桥相互作用力的表达式及考虑车桥相互作用的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵;2.以均匀简支梁、连续梁为研究对象,对其在车辆荷载作用下的动力性能进行分析研究,并考虑车速变化对车桥动力响应的影响情况。速度越高,车体对桥梁的冲击作用越大;3.本文使用通用有限元软件ANSYS,充分利用其强大的前、后处理功能及多种用户使用工具,进行移动车辆过桥整个过程的动力响应分析;4.使用MATLAB编制计算程序、得出数值结果,与ANSYS的数值计算结果进行对比,并做出动力响应图形,可以看出使用ANSYS分析所得到的结果与使用MATLAB编程计算精确解相差很小,这也使得用ANSYS分析车桥耦合振动问题成为可能;5.以马鞍山斜拉桥为分析对象,考虑其非线性效应（大变形、梁-柱效应、拉索的垂度效应）,并进一步对其进行车桥耦合振动分析。通过分析计算可以知道,在车桥耦合作用下,考虑桥的几何非线性因素时,桥梁跨中最大位移响应比线性条件下相应的位移响应要小些;跨中最大位移出现的时间更早,而且位移波动加剧。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车桥耦合振动研究的发展概况
• 1.2.1 车桥耦合振动研究的历史回顾
• 1.2.2 车桥耦合振动研究的国外现状
• 1.2.3 车桥耦合振动研究的国内现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 车桥耦合振动的基本理论
• 2.1 移动力作用下的振动
• 2.2 移动质量作用下的振动
• 2.3 移动车辆（单轴）模型作用下的振动
• 2.4 移动车辆（双轴）模型作用下的振动
• 2.5 本章小结
• 第三章 车桥耦合振动的有限元分析
• 3.1 有限单元法
• 3.2 插值函数的构造
• 3.2.1 一维梁单元的插值函数的构造
• 3.2.2 一维杆单元的插值函数的构造
• 3.3 车辆模型的分析
• 3.3.1 移动力模型的分析
• 3.3.2 移动质量模型的分析
• 3.3.3 移动单轴车辆模型的分析
• 3.3.4 移动双轴车辆模型的分析
• 3.4 动力平衡方程的计算方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 ANSYS 在车桥耦合振动中的应用
• 4.1 ANSYS 简介
• 4.2 本文中用到了单元类型及其基本特性
• 4.2.1 桥梁结构
• 4.2.2 桥梁结构
• 4.3 ANSYS 中瞬态分析的求解方法
• 4.4 ANSYS 中单元生死的应用
• 4.5 斜拉桥的非线性有限元分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 数值计算及分析
• 5.1 简支梁的车桥耦合振动分析
• 5.2 连续梁的车桥耦合振动分析
• 5.3 斜拉桥的车桥耦合振动分析
• 5.3.1 马鞍山斜拉桥介绍
• 5.3.2 动力有限元模型建立
• 5.3.3 斜拉桥模态分析
• 5.3.4 斜拉桥的车桥耦合振动分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文和参与科研