钢梁斜拉桥车桥耦合振动分析

论文摘要

车辆荷载作用下,桥梁的动力响应一直是桥梁工程界里的研究热点,因为这关系到桥梁在营运阶段的使用安全性及舒适性,尤其对于钢桥而言,车致振动还能引起结构的疲劳损坏,故车桥耦合振动的研究在评价桥梁动力安全性能方面也就具有了很大的现实意义和工程应用价值。在阅读了大量文献的基础上,本文作者回顾了国内外学界在这一领域的研究成果并基于此做了较详细的总结。本文前四个章重点对流行的车桥耦合振动分析理论进行了介绍。首先是给出了斜拉桥结构动力有限元分析的理论基础和数学表达,并介绍了经典的结构动力分析理论,阐述了如何进行结构的频率和模态分析。接着推导了车辆的振动分析模型,并分别详细给出了三维,二维车辆模型的显示振动方程。在此基础上,结合桥面平整度的概念,推导了车桥耦合振动机理,即二者间的联系:几何协调和作用力协调并完整地给出了数学表达。随后专门针对桥面平整度的数值模拟给出了理论模型和实例计算。在求解车桥耦合振动方程上,本文分别推导了模态综合法和迭代法的数学表达。最后结合工程实例,分析了沈阳蒲河尚小桥在几种单车影响因素作用下的车桥耦合振动响应。得出了车速,车辆加速度及车重同尚小桥动力响应间的关系。结论可供该课题进一步研究作理论参考和数据借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究回顾
• 1.2.1 古典理论
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 桥梁的振动分析模型
• 1.3.1 有限元法介绍
• 1.3.2 模态坐标法
• 1.4 车辆分析模型
• 1.4.1 三维车辆模型
• 1.4.2 平面车辆模型
• 1.4.3 仿真模型
• 1.5 耦合模型
• 1.5.1 路面不平整度
• 1.5.2 耦合振动方程的求解
• 1.6 本文工作
• 第2章 车桥耦合振动分析理论
• 2.1 桥梁振动有限元分析模型
• 2.1.1 斜拉桥模型的建立
• 2.1.2 刚度矩阵
• 2.1.3 质量矩阵
• 2.1.4 阻尼矩阵
• 2.1.5 斜拉桥的固有振动
• 2.2 车辆振动模型
• 2.2.1 三维整车模型
• 2.2.2 平面半车模型
• 2.2.3 平面1/4 车模型
• 2.3 车桥耦合振动机理分析
• 2.3.1 轮桥接触力分析
• 2.3.2 模态综合法
• 2.3.3 迭代法
• 2.4 本章小结
• 第3章 桥面不平整模型
• 3.1 路面平整度的概念
• 3.1.1 定义
• 3.1.2 表示方法
• 3.2 桥面不平整数据的生成
• 3.2.1 随机数的生成
• 3.2.2 一阶递归筛
• 3.2.3 算例
• 3.3 本章小结
• 第4章 振动方程的求解
• 4.1 中心差分法
• 4.2 Newmark-β法
• 4.3 Wilson-θ法
• 4.4 启动修正
• 4.5 本章小结
• 第5章 工程算例分析
• 5.1 项目背景介绍
• 5.2 动力有限元分析模型
• 5.2.1 模型参数
• 5.2.2 模态分析结果
• 5.3 车桥耦合振动影响因素分析
• 5.3.1 行车速度V对桥梁响应的影响
• 5.3.2 行车加速度a对桥梁响应的影响
• 5.3.3 行车载重M对桥梁响应的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢