宽幅连续箱梁桥车耦合振动分析

论文摘要

最近几十年来,随着桥梁结构逐渐的轻柔化、车辆速度和载重的不断增大,车桥耦合振动问题愈加突出。由于公路桥梁结构型式的多样化和汽车荷载的复杂性及不确定性,使得公路桥梁因车辆过桥而引起的耦合振动分析更加复杂。目前国内、外已有车桥耦合振动研究成果基本上都集中在铁路等轨道交通桥梁上,关于公路桥梁车桥耦合振动分析理论与方法研究的文献很少,而且研究的对象大多为简单窄梁桥,复杂结构体系如宽幅梁桥较少。随着有限元技术的广泛应用和大型结构分析软件的大量涌现,为研究这种空间受力特征明显的宽幅桥梁提供了一个有利的工具,而采用有限元法对宽幅桥梁结构进行车桥耦合振动分析,具有重要的理论和实际意义。本文在收集、整理有关车桥耦合振动分析资料的基础上,总结讨论了车桥耦合振动分析的基本理论；同时,论述了桥面不平度的特性,并按照GB/T7031-1986利用Matlab编制程求解出了不同路面等级（A、B、C级）的不平度样本值；然后重点论述了研究车桥耦合振动的一种数值分析方法,推导了相应的车辆振动方程,采用Matlab编制了车辆振动方程的求解程序并加以验证,同时通过算例对基于ANSYS和Matlab的车桥耦合振动分析迭代方法进行了验证。按照此方法,以某宽幅连续箱梁桥为例,研究了宽幅连续箱梁桥的车桥耦合振动性能及其影响因素。分析了车辆行驶方式、桥面不平度、横向车道数目和车辆中偏载行驶等因素对桥梁动力响应的影响。从而对宽幅连续箱梁桥的车桥系统耦合振动分析提供一定的科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 宽桥的结构特点及发展现状
• 1.2 车桥耦合振动研究现状
• 1.3 本文研究目的及主要研究内容
• 第二章 车桥耦合振动分析基本理论
• 2.1 车-桥耦合振动研究的古典理论
• 2.1.1 匀速移动常量力模型
• 2.1.2 匀速移动简谐力模型
• 2.1.3 匀速滚动质量模型
• 2.1.4 匀速移动质量弹簧模型
• 2.2 车桥耦合振动研究的现代方法
• 2.2.1 桥梁的动力荷载试验
• 2.2.2 数值计算方法
• 2.2.3 冲击系数
• 2.3 小结
• 第三章 桥面不平度的模拟
• 3.1 桥面不平度的概念
• 3.2 桥面不平度的特性
• 3.2.1 桥面不平度的频域描述
• 3.2.2 桥面不平度的时域描述
• 3.3 桥面不平度的模拟
• 3.3.1 目标频谱带的范围选取
• 3.3.2 桥面不平度的数值模拟
• 3.4 小结
• 第四章 车桥耦合振动数值分析方法
• 4.1 逐步积分法
• 4.1.1 Wilson-θ法
• 4.1.2 逐步积分法的精度问题
• 4.2 车辆振动模型及振动方程
• 4.2.1 双自由度四分之一车辆模型
• 4.2.2 四自由度二分之一车辆模型
• 4.2.3 车辆的固有频率
• 4.2.4 车辆振动方程的求解
• 4.3 桥梁振动动力平衡方程及求解
• 4.3.1 桥梁结构动力平衡方程
• 4.3.2 桥梁的固有振动及频率
• 4.3.3 桥梁结构阻尼
• 4.3.4 桥梁动力平衡方程的求解
• 4.4 车辆与桥梁子系统的耦合关系
• 4.4.1 位移联系方程
• 4.4.2 车辆与桥梁子系统相互作用力
• 4.5 基于有限元的车桥耦合振动数值分析方法
• 4.5.1 车桥耦合振动数值分析步骤
• 4.5.2 车桥耦合振动数值分析过程流程图
• 4.5.3 算例验证
• 4.6 小结
• 第五章 车辆冲击效应对宽幅桥梁的影响因素分析
• 5.1 数值分析模型
• 5.1.1 依托工程概述
• 5.1.2 桥梁有限元模型
• 5.1.3 车辆模型
• 5.2 桥梁结构固有动力特性
• 5.2.1 桥梁自由振动频率及振型
• 5.2.2 计算参数的选取
• 5.2.3 规范冲击系数计算
• 5.3 车桥耦合振动分析参数
• 5.4 宽幅连续箱梁桥车桥耦合振动影响因素分析
• 5.4.1 车辆行驶方式（同向相向）对桥梁动力响应的影响
• 5.4.2 桥面不平度对桥梁动力响应的影响
• 5.4.3 多车道行驶对桥梁动力响应的影响
• 5.4.4 车辆中偏载行驶对桥梁动力响应的影响
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 一、本文的主要结论
• 二、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢