风环境下高墩大跨连续刚构桥的行车安全性分析

摘要

随着交通事业高速发展，长大桥梁在峡谷、大海等大风环境下修建较多，大风作用会加剧车辆与桥梁的振动，持久的振动也会降低车辆行车安全性和舒适性。行驶在路面的车辆，若迎面受到大风作用会导致引擎动力不足;行驶在桥上的车辆若受到强横风作用可能会导致车辆侧滑或侧翻。近年来像强风和冰、雨、雪等恶劣天气条件频繁出现，车辆在桥上行驶安全性研究显得十分重要。基于此，本文在风-车-桥系统相互耦合振动分析理论上，建立侧风下车辆侧滑和侧倾事故模型，运用编制的风-车-桥耦合振动分析程序对桥梁和车辆进行动力响应分析，并结合工程实例，研究了风环境下高墩大跨连续刚构桥的桥面行车安全性。主要研究工作有如下几个方面:
　　(1)引入风-车-桥相互耦合振动分析理论，对二轴厢式货车建立七个自由度的三维车辆模型并推导其运动微分方程，把路面不平度模拟成零均值平稳高斯函数，由功率谱密度函数通过傅里叶变换模拟桥面不平度样本，建立风-车-桥系统耦合微分方程并采用Newmark-β法进行求解。
　　(2)运用改进谐波合成法实现三维空间脉动风场的模拟，对车辆风荷载和桥梁风荷载进行数值模拟计算，运用有限元建立大跨度刚构桥模型并对其进行模态振型分析。
　　(3)考虑路面不平度，车辆和桥梁所受的风荷载，编制风-车-桥系统相互耦合振动分析程序;以一座高墩大跨连续刚构桥-石亮河特大桥为例，运用所编写的程序，对有风荷载作用下不同路面等级和不同车速下的桥梁跨中和车辆质心的动态响应及冲击系数进行了分析。
　　(4)引入概率统计方法，以车轮折算压力为指标，建立风致车辆事故侧倾和侧滑模型，计算不同路面等级、不同车速、不同风速、不同车型、不同墩高及不同曲率半径下车轮竖向接触力，并分析其对桥面行车安全性的影响;计算了二轴厢式货车行驶在不同车速下侧倾临界风速、不同风速下侧倾临界车速和四种不同路面情况下侧滑临界风速，为车辆在桥上行车安全风速和车速提供一定的依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 车桥耦合振动研究概况

1．3 风-车-桥耦合系统研究概况

1．4 风环境下行车安全性研究概况

1．5 本文研究的主要目的与意义

第二章 风车桥耦合振动分析理论

2．1 车辆模型及其运动方程的建立

2．1．1 三维空间车辆模型运动方程的建立

2．2 路面平稳随机激励模型

2．2．1 路面频域模型

2．2．2 路面时域模型

2．3 脉动风场的模拟

2．3．1 改进的谐波合成法

2．3．2 脉动风场的模拟

2．4 风对桥梁的作用

2．4．1 静风力

2．4．2 抖振力

2．5 风对汽车的作用

2．6 风-车-桥耦合系统振动方程建立及求解

2．6．1 风-车-桥耦合系统振动方程的建立

2．6．2 逐步积分法的基本概念

2．6．3 求解动力响应的Newmark-β数值积分法

2．7 本章小结

第三章 风-车-桥系统空间耦合振动响应研究

3．1 建立桥梁模型

3．1．1 桥梁结构型式

3．1．2 结构自振特性

3．2 建立车辆模型

3．2．1 三维车辆模型

3．2．2 车辆参数

3．3 风车桥耦合系统分析软件简介

3．4 侧风下桥梁的动力响应

3．4．1 有无侧风下桥梁的动力响应

3．4．2 路面的影响

3．4．3 车速的影响

3．5 侧风下车辆的动力响应

3．5．1 有无侧风下车辆动力响应

3．5．2 路面的影响

3．5．3 车速的影响

3．5．4 风速的影响

3．6 本章小结

第四章 风环境下桥面行车安全性分析

4．1 风致事故模型及评判标准

4．2 行车安全性分析

4．2．1 路面等级的影响

4．2．2 车速的影晌

4．2．3 风速的影响

4．2．4 车型的影响

4．2．5 墩高的影响

4．2．6 曲率半径的影响

4．3 风致车辆事故临界风速与车速

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录