地震作用下公路桥梁的车桥耦合振动分析

论文摘要

改革开放以来,随着公路交通事业的迅速发展,新建桥梁越来越多,与此同时,车辆的承载能力和运行速度也在迅速增加,因此公路桥梁在高速、重载车辆运行下的动力响应问题也逐渐凸显。本文主要针对公路桥梁中非常具有代表性的桥型-三跨连续梁桥,通过有限元模型研究该桥型在地震以及其他多种影响因素作用下的动力响应问题。车桥耦合振动问题是一个非常复杂的动力学问题,一直以来都备受关注。从研究初期的移动力模型到现在的移动质量模型、移动弹簧-阻尼-质量模型,诸多学者已进行了大量的研究并取得了相当丰硕的科研成果。然而在车桥耦合振动方程求解过程中,由于移动弹簧-阻尼-质量模型的出现,虽然这种模型更接近实际车辆,但这种模型使得车桥耦合振动方程为变系数的微分方程组,因此给求解带来了很大的困难。随着计算机技术的飞速发展,越来越多的学者都倾向于采用数值分析的方法研究车桥耦合振动问题,即建立计算机仿真模型,并解出符合精度要求的数值解,相对于理论分析,这种方法更加简便易行。本文首先总结和归纳了公路桥梁车桥耦合振动的发展过程,并对近年来车桥耦合振动的研究内容、研究方法以及研究现状进行了详细论述。接下来在前人理论研究的基础上分别建立的车辆和桥梁的数学模型,并研究了车桥耦合振动问题数值解法的迭代过程,最后以一座三跨钢筋混凝土连续梁为例详细讨论了地震以及其他多种因素对车桥耦合振动的影响并得出结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 车桥耦合振动作用的研究背景
• 1.1.1 车桥耦合振动问题的历史回顾
• 1.1.2 车桥耦合振动分析的古典理论
• 1.1.3 车桥耦合振动的研究内容
• 1.1.4 车桥耦合振动的研究方法
• 1.1.5 车桥耦合振动分析的研究现状
• 1.2 本文的主要研究工作
• 第二章 桥梁上的车辆荷载模型
• 2.1 车辆模型分析
• 2.1.1 构成车辆的主要元件
• 2.1.2 车辆模型的基本假设
• 2.2 车辆模型的建立
• 2.2.1 忽略轮胎阻尼作用车辆模型的建立
• 2.2.2 考虑轮胎阻尼作用车辆模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 桥梁结构的动力分析
• 3.1 梁的自振特性分析
• 3.1.1 梁的自由振动方程
• 3.1.2 梁的自振频率和振型
• 3.2 梁的强迫振动
• 3.3 本章小结
• 第四章 桥梁结构动力分析的有限元方法
• 4.1 结构动力分析的有限元法简介
• 4.2 桥梁结构的运动方程的建立
• 4.2.1 单元刚度矩阵
• 4.2.2 单元质量矩阵
• 4.2.3 结构的阻尼矩阵
• 4.3 桥梁结构振动的特征值求解
• 4.4 结构振动微分方程的数值积分方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于Ansys的地震作用下车桥系统动力响应分析
• 5.1 通用有限元分析软件Ansys简介
• 5.1.1 Ansys单元类型
• 5.1.2 Ansys单元特性
• 5.1.3 Ansys瞬态动力分析
• 5.2 Ansys车桥耦合有限元模型的建立
• 5.3 地震波的输入
• 5.4 不同因素对车桥耦合系统动力响应的影响分析
• 5.4.1 截面抗弯刚度
• 5.4.2 地震级别
• 5.4.3 车辆荷载的大小
• 5.4.4 车辆悬挂的阻尼与刚度
• 5.4.5 车辆数目
• 5.4.6 车辆行驶速度
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目