斜拉桥面结构与车辆耦合作用下的非线性动力学分析

摘要

当车辆以一定的速度通过桥梁时，其桥面结构在车轮时变荷载作用下，将产生振动、冲击等动力效应；同时桥梁的振动又反过来影响车辆的动力学行为。这种相互作用、相互影响的问题，就是车辆与桥梁之间的振动耦合问题。理论和实际已证实了在移动车辆荷载作用下，桥梁结构将产生比相同静载作用下更大的变形和应力。 本文在总结和吸收前人研究成果的基础上，针对车-桥耦合振动问题而展开，其主要研究工作包括： 1、建立了一个模拟汽车真实行走状况的八自由度考虑司机舒适性的整车非线性半主动悬架模型，在随机路面激励下对简化悬架模型的非线性特性进行了仿真分析。通过研究，对使用磁流变阻尼器后的汽车悬架非线性动力学行为有了一定的认识，并建立了车辆对桥面的非线性作用力方程。为深入研究车、桥耦合非线性动力学机理和控制奠定了一定的理论基础。 2、当桥面的振动频率与拉索的振动频率成比例关系时，拉索也将产生大幅振动。针对这一现象，建立了索桥桥面耦合振动的非线性方程组。 3、车辆在桥上行驶，由于其密切联系实际而一直受到广泛关注。本文在参考各种研究的基础上，对车桥系统振动问题的研究概况进行了简要综述，并探讨了其中的一些具有实际工程意义的热点问题。 （1）以均匀简支桥面为研究对象，对其在车辆荷载作用下进行了理论分析研究； （2）简化车-桥模型，着重讨论了车-桥耦合非线性振动，提出了解决非线性振动的途径及方法； （3）使用MATLAB 和Maple 语言编制计算程序，通过各种条件下的计算，得出数值结果和大量的响应图形； （4）重点讨论了非线性因素对车-桥动力特性的影响； （5）建立了等效车-桥系统的模型，利用非线性动力学理论，分别求出其数值解和解析解，可为工程结构的设计和施工提供可靠的参考依据。