公路斜桥在移动车辆作用下的动反应研究

摘要

车辆与桥梁结构之间的动力相互作用问题一直都是交通与土木工程领域中的重要研究课题。高等级公路工程中大量使用了装配式斜交梁(板)桥；关于这种斜交梁(板)桥的计算理论有很多，不过大部分都是静力计算方面的，在动力分析上则比较少。因此，研究装配式斜交梁(板)桥在移动车辆作用下的动反应，对于拓展车桥相互作用问题的研究领域和实际工程应用都有着重要价值。研究的主要成果有： 1)提出车桥动力相互作用问题的一种新分析方法，即将桥梁和移动车辆看作两个分离的系统，分别应用拉格朗日方程和模态叠加法推导建立两个系统的动力方程，两个系统在接触点处满足接触力和位移协调的条件。与其它方法相比，该方法的优点是更符合实际情况，如可以考虑行车道的路面平整度状况，建立三维多轴非线性车辆计算模型；同时桥梁结构被分离出来，只需要它的计算模态参数；很容易得到桥面各个位置处的响应；车辆可以按照各种行驶路线和各种速度行驶。通过与古典理论方法的对比分析，考证了该方法的计算精度与可靠性；对一座公路斜桥在试验车移动作用下的动挠度进行了试验实测，并与计算动挠度的时程曲线进行了比较，从而进一步验证了该方法的有效性与适用性。 2)提出实用梁格模型，可用于建立装配式斜交梁(板)桥的空间有限元计算模型。经过一座模型试验桥和三座实际公路试验斜桥的实用梁格模型与仿真实体模型的对比分析，以及与实桥测试的对比分析，实用梁格模型能够较好地满足装配式斜交梁(板)桥的动力分析与静力计算。 3)斜交梁(板)桥竖向弯曲模态对应的振动频率会随着斜交角的加大而增大。桥梁横向拓宽后，弯曲模态和第1阶扭转模态对应的振动频率变化比较小，但第2阶扭转模态对应的振动频率减小显著；桥面连续构造会增大单跨简支梁桥的竖向振动频率。斜交梁(板)桥在移动车辆作用下的动反应，受到很多因素的影响，但行车路面状况的好坏对桥梁动态增量影响最为显著。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、符号表

声明

第1章绪论

1.1研究问题的提出

1.2研究内容

1.3研究技术路线

第2章研究综述

2.1公路汽车荷载

2.1.1中国公路汽车荷载标准

2.1.2英美国家公路汽车荷载标准

2.2冲击系数

2.2.1 定义

2.2.2计算

2.3车桥相互作用

2.3.1分析方法

2.3.2参数分析

2.3.3试验研究

2.4斜桥振动研究

2.5本章小结

第3章车桥相互作用分析

3.1车辆模型与振动方程

3.1.1三轴三维车辆

3.1.2其它车辆

3 2桥梁的强迫振动

3.2.1模态叠加法

3.2.2初等梁的强迫振动响应

3.2.3普通桥梁结构的强迫振动响应

3.3问题的求解

3.3.1解车辆振动方程

3.3.2解桥梁强迫响应

3.3.3车桥相互作用力

3.3.4求解步骤与程序编制

3.4路面不平度

3.4.1路面不平整度表示方法

3.4.2伪随机序列的生成

3.4.3平整度生成步骤

3.5方法考证

3.5.1传统耦合法

3.5.2算例比较

3.6本章小结

第4章公路斜桥的固有模态

4.1固有模态

4.1.1斜板的固有振动特点

4.1.2简支梁的固有弯曲振动

4.1.3装配式梁桥分析模型

4.2试验斜桥构造

4.2.1试验斜桥概述

4.2.2严埭港中桥构造

4.2.3刘家宕1号中桥构造

4.2.4西凌河大桥构造

4.3试验桥计算模态

4.3.1计算方法

4.3.2严埭港桥计算模态

4.3.3刘家宕桥计算模态

4.3.4西凌河桥计算模态

4.4试验桥实验模态

4.4.1实验模态理论

4.4.2实验测试

4.4.3测试后处理

4.4.4测试结果

4.5公路斜桥模态的参数分析

4.6本章小结

第5章公路斜桥的动反应

5.1斜桥动反应的试验测试

5.1.1试验准备

5.1.2静载挠度与振幅

5.1.3实测动挠度

5.1.4计算动挠度与分析

5.2斜桥动反应的时程分析

5.2.1参数准备

5.2.2西凌河桥挠度时程响应

5.2.3严埭港桥挠度时程响应

5.2.4刘家宕桥挠度时程响应

5.3斜桥动反应的参数分析

5.3.1工况划分

5.3.2西凌河桥参数分析

5.3.3严逮港桥参数分析

5.3.4刘家宕桥参数分析

5.4几个常见工程问题

5.4.1车辆超重

5.4.2桥面连续

5.4.3桥梁拓宽

5.4.4桥面老化

5.4.5桥梁斜交

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

作者简介

后记