基于风--车--桥耦合振动的大跨度悬索桥车辆行驶安全性和舒适性研究

摘要

桥梁是交通的咽喉，跨越大海、江和峡谷等时，可能遭受多种复杂风荷载，风对桥梁尤其是大跨桥梁的影响不可忽略。随着社会整体服务质量的提升，人们对出行质量更加重视，对行车安全性、舒适性也提出了更高的要求。鉴于此，本文针对车辆在大跨度桥梁上的行驶安全性和舒适性开展了系统深入的研究，主要研究工作包括: (1)利用ANSYS有限元分析软件建立了重庆太洪长江大桥的计算模型，分析了大桥的动力特性;利用MATLAB编制的脉动风场模拟程序模拟生成了太洪大桥主梁处的脉动风场，利用MATLAB编制的路面粗糙度模拟程序模拟了三种不同路面状况的粗糙度样本。 (2)建立了考虑车桥气动干扰的大跨度桥上车辆行驶安全性分析方法。基于风-车-桥耦合整体振动分析程序，针对两种典型车型，分别计算分析考虑与不考虑车桥气动干扰下车辆的竖向、俯仰和侧倾加速度响应，以及桥梁的侧向加速度响应。基于车辆行驶安全分析的局部车辆模型，并考虑驾驶员行为，利用MATLAB编制了车辆行驶局部事故分析程序;将整体振动分析程序获得的车桥整体加速度响应导入局部事故分析程序中，求解后获得局部车辆模型的侧滑位移和每个车轮反力比，依据车辆的侧滑和侧翻事故发生准则，判断车辆是否发生事故。通过逐级增加车速和风速，得到厢式货车和小轿车在不同车速下考虑与不考虑车桥间气动相互影响的临界风速。 (3)建立了考虑车桥气动干扰的大跨度桥上车辆行驶舒适性分析方法。基于风-车-桥耦合整体振动分析程序，针对两种典型车型，分别计算分析考虑与不考虑车桥气动干扰下车辆的加速度响应。基于车辆行驶舒适性分析方法，利用MATLAB编制了大跨度桥上车辆行驶舒适性分析程序;将整体振动分析下车辆的加速度响应导入车辆舒适性分析程序中，获得评价桥上车辆行驶舒适性的整体振动总值，分析了两种典型车辆分别在考虑、不考虑车桥气动气动干扰时桥上车辆行驶的舒适性，分别给出了考虑、不考虑车桥间气动相互干扰时的桥上车辆行驶舒适度水平;研究了不同粗糙度路面、不同风速、不同车速对车辆行驶舒适性的影响。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1风-车-桥耦合振动研究现状

1．2桥上行车安全性研究现状

1．3桥上行车舒适度研究现状

1．4桥上行车安全性和舒适性研究存在的问题

1．5本文研究的现实意义和主要内容

第2章风-车-桥耦合振动理论及程序实现

2．1引言

2．2桥梁模型

2．3车辆模型

2．4车桥系统耦合作用

2．5风-车-桥系统耦合作用

2．5．1风荷载对桥梁作用

2．5．2风荷载对车辆作用

2．5．3风-车-桥耦合系统运动方程

2．6风-车-桥系统运动方程求解及程序实现

2．7本章小结

第3章大跨度悬索桥行车安全性分析

3．1引言

3．2车辆安全性分析通用模型

3．3行车安全性评价标准

3．4工程背景及计算参数

3．5考虑与不考虑车桥间气动影响的气动力系数

3．6桥上车辆行驶安全性分析

3．6．1车桥相互作用下车桥响应

3．6．2厢式货车桥上行驶安全性分析

3．6．3小轿车桥上行驶安全性分析

3．6．4两种车型临界风速

3．7本章小结

第4章大跨度悬索桥行车舒适度分析

4．1引言

4．2行车舒适性评价方法和标准

4．2．1行车舒适性的评价方法

4．2．2行车舒适性标准

4．3舒适性分析模型

4．3．1振动处理

4．3．2轴加权系数和频率加权因子

4．3．3两种车型原始加速度响应

4．3．4两种车型频率加权加速度响应

4．4桥上车辆行驶舒适度分析

4．4．2座位处各位置和方向振动所占比例

4．4．3考虑与不考虑车桥间气动相互影响桥上行车舒适度分析

4．4．4桥面不同粗糙度状况下桥上行车舒适度分析

4．4．5桥面不同粗糙度状况下两种车型舒适度结果

4．5本章小结

第5章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要的研究成果