基于车桥耦合振动的斜拉桥动力性能分析

论文摘要

汽车以一定的速度通过桥梁时,因汽车自身各旋转部分的作用,桥面凸凹不平的因素的影响,引起车辆弹簧上部有车身的振动,并通过具有一定弹性与阻尼作用的轮胎传递,将时变激励荷载作用于桥面上,从而引起了桥梁结构的随机振动。所谓的车桥耦合振动,就是当车辆行驶通过桥梁时,伴随着车辆与桥梁之间的作用力作为外作用同时对车辆体系和桥梁结构的输入,车辆和桥梁产生的相互影响、相互制约的振动。在车桥耦合振动中,车辆任意时刻的振动情况都会改变车辆对桥梁的作用力,进而改变桥梁结构的振动情况;同样,桥梁结构任意时刻的振动情况也会改变桥梁对车辆的作用力,进而改变车辆的振动情况。两个体系的振动相互影响、相互制约,使其可以看作一个车辆桥梁体系的振动。将车桥振动系统分为车辆和桥梁两个振动子系统,分别采用能量法、达朗贝尔原理和直接刚度法建立了模拟汽车的单轴模型、双轴平面模型和双轴空间模型的振动方程,基于有限元理论建立了桥梁结构动力计算模型,通过车轮与桥梁接触点处的几何相容条件和静力平衡条件建立起车辆振动方程和桥梁振动方程之间的联系,采用逐步积分法实现了方程组的分组迭代求解。本文研究的车桥振动问题是车辆和桥梁两个动力系统耦合振动的问题,其与很多因素有关,为把握桥梁结构动力响应特性,需研究与车桥振动相关的各种因素。本文对军山斜拉桥的动力响应进行了分析,分别分析了单车作用下不同桥面平整度、不同车速状况下桥梁的动力响应,得到了军山斜拉桥单车作用下的动力特性,为研究斜拉桥的动力特性提供了一种方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.1.1 车桥耦合振动
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 车辆计算模型及动力平衡方程
• 2.1 概述
• 2.2 车辆振动模型
• 2.2.1 车辆模型的基本假设
• 2.2.2 车辆模型
• 2.3 车辆模型振动方程建立
• 2.3.1 车辆模型一振动平衡方程的建立
• 2.3.2 车辆模型二振动平衡方程的建立
• 2.3.3 车辆模型三振动平衡方程的建立
• 2.3.4 车辆模型四振动平衡方程的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 桥梁计算模型及动力平衡方程
• 3.1 概述
• 3.2 结构刚度矩阵
• 3.2.1 局部坐标系下单元刚度矩阵
• 3.2.2 局部坐标系与整体坐标系的变换
• 3.3 结构质量矩阵
• 3.3.1 一致质量矩阵
• 3.3.2 集中质量矩阵
• 3.4 结构阻尼矩阵
• 3.5 单元节点间的位移、速度和加速度
• 3.6 本章小结
• 第4章 车桥耦合振动方程的求解
• 4.1 概述
• 4.2 车桥耦合振动方程的解法原理
• 4.3 车桥耦合振动方程建立
• 4.3.1 桥梁与车辆系统自由度藕合关系
• 4.3.2 车桥藕合振动系统时变方程
• 4.4 非线性振动方程组的数值解法
• 4.4.1 线性加速度法
• 4.4.2 Willson-θ法
• 4.4.3 Newmark-β法
• 4.5 简化分析法
• 4.6 车桥耦合振动方程电算求解
• 4.7 本章小结
• 第5章 桥面状况对车辆桥梁耦合振动的影响
• 5.1 概述
• 5.2 随机桥面不平整度表示方法
• 5.3 本章小结
• 第6章 军山斜拉桥动力性能分析
• 6.1 军山斜拉桥工程概述
• 6.2 军山斜拉桥桥梁模型的建立及程序验证
• 6.2.1 桥梁有限元模型
• 6.2.2 桥梁有限元模型合理性验证
• 6.2.3 车辆参数表
• 6.2.4 斜拉桥车桥动力响应分析程序验证
• 6.3 单车作用下斜拉桥车桥动力响应分析
• 6.3.1 桥面平整度对桥梁振动的影响
• 6.3.2 车辆速度对车桥振动的影响
• 6.4 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