风及车辆荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应分析

摘要

大跨度悬索桥由于其刚度较小，在风、车辆等外荷载作用下会产生较大的内力和变形。因此，对大跨度悬索桥进行动力分析，无论是对桥梁的设计还是维护，都有重要的意义。
　　本文以矮寨大桥为依托，建立了三维桥梁有限元模型，综合考虑车辆与风荷载的作用，对大跨度桥梁的动力响应进行了分析。全文主要包括以下几方面内容:
　　1.在时域内模拟了我国常见的4种路面不平顺;采用谐波叠加法模拟了桥址处的风速场。
　　2.分析了车辆荷载单独作用下桥梁的动力响应，得到以下结论:
　　1)随着路面不平顺等级的增大，桥梁跨中竖向位移、加速度时程曲线振动趋势随之变化，同时动力响应峰值会随之增大，且位移、加速度增长倍数相近。
　　2)随着车速的提高，桥梁跨中竖向位移、加速度时程曲线振动趋势也随之变化，同时动力响应峰值也呈增长趋势，其中加速度的增长速度要大于位移的。
　　3)随着车重的增加，桥梁跨中竖向位移、加速度时程曲线振动趋势几乎没变化，且动力响应呈线性增长。
　　4)桥梁跨中横向动力响应的产生主要来自桥梁两侧的不平衡力，不平衡性越大，动力响应越大。
　　3.通过一简支梁、半车模型，分析了车辆上桥前的初始振动对桥梁动力响应的影响，同时对车辆变速行驶的问题进行了研究。得到以下结论:
　　1)与无初始振动的情况相比，车辆带着一定的初始振动上桥，刚入桥的一段时间内，桥梁的动力响应会明显增大，随着车辆继续行驶，这种影响会慢慢减弱。
　　2)车辆变速行驶对桥梁动力响应的影响不大，在实际计算中，我们可以不考虑车辆变速行驶的影响。
　　4.分析了风荷载单独作用及风和车辆荷载同时作用下桥梁的动力响应。得到如下结论:
　　1)随着风速的增大，桥梁跨中节点各项动力响应均呈增长趋势。
　　2)在风荷载作用下，迎风面腹杆和背风面腹杆应力时程曲线呈现相反的变化趋势，且在同种风速下，背风面腹杆应力峰值大于迎风面的情况。
　　3)风荷载主要引起桥梁的横向振动，车辆荷载主要引起桥梁的竖向振动。
　　4)静风荷载使桥梁向一侧偏移，脉动风在此基础上使桥梁发生振动，随着风速的增大，偏移量和振动都呈增大趋势。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 车桥耦合振动研究综述

1．2．1 桥梁振动分析模型

1．2．2 车辆振动分析模型

1．2．3 路面不平顺

1．2．4 耦合振动方程的求解

1．3 风-车-桥系统振动研究综述

1．4 本文主要研究内容

2 风车桥系统计算模型

2．1 引言

2．2 桥梁模型及其振动微分方程

2．2．1 湘西矮寨大桥有限元模型

2．2．2 主缆初应变的确定

2．2．3 桥梁振动微分方程

2．3 车辆模型及其振动方程

2．3．1 车辆模型

2．3．2 车辆振动方程

2．4 风荷载模拟

2．4．1 风的基本特性

2．4．2 风荷载的数值模拟及程序设计

2．4．3 桥梁风荷载的计算

2．5 路面不平顺的数值模拟

2．5．1 路面不平顺模型的理论分析

2．5．2 路面不平顺的数值模拟

2．6 车桥耦合振动微分方程的建立与求解

2．6．1 耦合振动方程的建立

2．6．2 耦合振动方程的求解

2．6．3 收敛准则

2．6．4 车桥耦合振动程序实现

2．7 本章小结

3 车辆荷载作用下桥梁动力响应分析

3．1 引言

3．2 计算参数设定

3．3 不同路面等级下桥梁动力响应分析

3．3．1 桥梁跨中节点动力响应

3．3．2 主缆、吊杆、腹杆的动力响应

3．4 不同车速下桥梁动力响应分析

3．4．1 桥梁跨中节点动力响应

3．4．2 主缆、吊杆、腹杆的动力响应

3．5 不同车重下桥梁动力响应分析

3．5．1 桥梁跨中节点动力响应

3．5．2 主缆、吊杆、腹杆的动力响应

3．6 车辆初始振动对桥梁动力响应影响分析

3．6．1 车辆上桥前初始状态的确定

3．6．2 桥梁动力响应分析

3．7 车辆变速运动对桥梁振动响应的影响

3．8 本章小结

4 风荷载对桥梁动力响应的影响分析

4．1 引言

4．2 桥址处风荷载的模拟

4．3 风荷载单独作用下的桥梁振动响应

4．3．1 桥梁跨中节点动力响应分析

4．3．2 主缆、吊杆及腹杆动力响应分析

4．4 风荷载对车桥耦合系统的作用效应

4．5 风速变化对车桥耦合振动的影响

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢