公路车辆—桥梁系统耦合振动性能研究

论文摘要

本文就公路车辆-桥梁系统耦合振动性能开展了如下研究:（1）把桥梁和车辆视为一个相互作用系统,提取可能对车-桥振动体系产生重要影响的参数,对车、桥两个振动系统进行整体的、细致的分析。通过具体算例,探讨了车辆模型、速度、质量、桥梁阻尼以及跨径等参数对车-桥耦合系统振动性能的影响。（2）研究了桥梁在不同上桥初速度以及加速度的变速移动荷载作用下的动力响应以及桥梁跨中挠度动力放大系数,研究结果表明:速度对桥梁动力系数的影响是一个复杂的过程,并不是速度越大,动力响应就越显著。车辆荷载变速与匀速通过桥梁时的动力放大系数均不随速度变化成简单的线性关系,而是随着速度增大呈类正弦且振幅逐渐增大形式。（3）考虑桥面不平顺的随机激励作用,对车辆在路面不平顺状态下的桥梁振动响应以及冲击系数进行了研究,其结果表明:①桥面不平顺加剧了桥梁的振动,随着桥面不平整波长的变化,动态增量会产生峰值,这是车桥耦合系统发生共振的缘故。因此,在桥梁设计与施工中,为了减小其动态增量,可根据桥梁上主要运行车辆的速度,对桥面平整度加以控制,尽量避免共振的产生。②动态增量随速度变化而产生较大变化,但并非线性增加,在某些速度点上,会有峰值产生,这也是共振的缘故。如果这个理论的速度共振点在可实现的范围内,为了限制桥梁的振幅,我们有必要对速度共振点进行监控。③动态增量随跨径变化而产生较大变化,当车辆频率和桥梁频率接近时,动态增量出现了峰值。并且随着跨径增大,动态增量有减小的趋势。影响冲击系数的因素很复杂,制定适合我国公路桥梁荷载的放大谱仍需要进行大量的研究工作。本研究获得了大量车-桥耦合振动规律,较真实的反映桥梁结构在车辆荷载作用下的动态受力和变形本质,为工程结构的设计和施工提供可靠的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 车辆-桥梁动力相互作用的研究内容
• 1.3 车辆与桥梁耦合振动研究现状
• 1.4 本项研究的目的、意义和内容
• 1.4.1 研究的目的及意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 桥梁振动基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 用Hamilton 原理建立有限元动力平衡方程
• 2.3 空间梁单元力学特性矩阵
• 2.3.1 单元质量矩阵
• 2.3.2 单元刚度矩阵
• 2.3.3 结构阻尼矩阵
• 2.4 求解动力平衡方程
• 2.4.1 中心差分法
• 2.4.2 威尔逊（Wilson-θ ）法
• 2.4.3 纽马克（Newmark）法
• 2.4.4 龙格-库塔法
• 2.4.5 模态叠加法
• 2.5 本章小结
• 第3章 车辆-桥梁系统耦合振动
• 3.1 引言
• 3.2 桥梁模型
• 3.2.1 简支梁的固有振动分析
• 3.2.2 悬臂梁的固有振动分析
• 3.2.3 连续梁桥的固有振动分析
• 3.3 车辆模型
• 3.3.1 移动常量力模型
• 3.3.2 移动简谐力模型
• 3.3.3 滚动质量块模型
• 3.3.4 簧上质量模型
• 3.3.6 二分之一车辆模型
• 3.4 匀速移动荷载作用下车桥动力响应研究
• 3.4.1 速度变化对桥梁动态响应的影响
• 3.4.2 车重变化对桥梁动态响应的影响
• 3.4.3 桥梁阻尼变化对桥梁动态响应的影响
• 3.4.4 桥梁跨径变化对桥梁动态响应的影响
• 3.5 变速移动荷载作用下车桥动力响应研究
• 3.5.1 移动荷载变速运动时桥梁动态响应分析
• 3.5.2 移动荷载变速运动时桥梁动力放大系数分析
• 第4章 桥面不平顺作用下的动力响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 桥面不平顺作用下的动力响应分析
• 4.2.1 国内外功率谱研究
• 4.2.2 桥面不平顺影响分析
• 4.2.3 桥梁冲击系数分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 成果目录
• 致谢