大位移桥梁伸缩装置动力学分析

摘要

随着我国跨江跨海大桥的兴起，大位移量的桥梁伸缩装置需求量越来越大，这就要求对其进行深入研究。本文采用有限元软件分析和动力学理论方程求解两种方法对伸缩缝的动态特性进行了研究，得出分析结果并绘制变化规律。
　　研究首先确定伸缩缝的主要参数，如:车速、缝宽、弹性支承刚度、剪切弹簧刚度和阻尼等。其次，根据达朗贝尔原理建立伸缩缝水平动力学理论方程，并应用MATLAB软件Simulink动态仿真工具箱对其进行数值分析求解;然后，对建立伸缩缝有限元模型，对伸缩缝垂向与水平耦合动力学进行了分析;再次，分析了伸缩缝固有频率灵敏度;最后研究伸缩缝在地震载荷作用下的抗震性，得出结果并绘制出变化规律。
　　研究结论包括:
　　1)随车速的增加，伸缩缝最大反跳位移总体上呈增大趋势。当车速小于90km/h，最大反跳位移增加较为平缓，且小于0.5mm;当车速大于90km/h，最大反跳位移迅速增大，可达1.5mm。为减小车辆通过伸缩缝时对伸缩缝的冲击作用，建议车辆通过伸缩缝时的车速不超过60km/h～70km/h;
　　2)随着弹性支承刚度的增大，中梁最大反跳位移和衰减时间总体呈减小趋势;当弹性支承刚度为60000N/mm时，最大反跳位移达到最大值，车载频率和伸缩缝固有频率接近。建议实际工程中弹性支承刚度大于60000N/mm，以避开此频率范围;
　　3)伸缩缝横梁间距和横梁下支承刚度对其固有频率影响显著，因此为了改善伸缩缝性能，避开共振频率范围，可适当改变这两个参数值，提高伸缩缝产品质量;
　　4)改变伸缩缝的剪切弹簧刚度及弹性支承刚度等参数对整个伸缩缝在地震作用下的振动影响很小，主要是因为伸缩缝垂向、横向、顺桥向刚度相对于桥梁很小，桥梁运动决定了伸缩缝的运动，伸缩缝的响应主要受桥梁振动的控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 伸缩缝简介

1．2．1 现代桥梁伸缩装置的分类

1．2．2 模数式桥梁伸缩缝的工作原理

1．3 国内外研究及工程应用现状

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 工程应用现状

1．3．3 模数式伸缩缝存在的主要问题

1．4 本文研究的主要内容

第2章 伸缩缝水平动态响应特性分析研究

2．1 模数式伸缩缝结构

2．2 伸缩缝水平载荷分析

2．3 伸缩缝水平动力学模型建立

2．4 伸缩缝水平振动方程的推导

2．4．1 方程的建立

2．4．2 水平振动方程的化简

2．5 伸缩缝水平动力学数值计算结果分析

2．5．1 车速对伸缩缝水平振动的影响

2．5．2 剪切弹簧刚度对伸缩缝水平振动的影响

2．5．3 预压量和摩擦系数对伸缩缝水平振动的影响

2．5．4 弹性支承刚度对伸缩缝水平振动的影响

2．6 本章小结

第3章 伸缩缝垂向与水平耦合动力学仿真分析

3．1 ZL480伸缩缝模型

3．1．1 ZL480伸缩缝有限元模型的建立

3．1．2 伸缩缝作用载荷分析

3．2 伸缩缝耦合动力学振动特性研究

3．2．1 缝宽B对伸缩缝振动特性的影响

3．2．2 剪切弹簧刚度K1对伸缩缝振动特性的影响

3．2．3 弹性支承刚度K2对伸缩缝振动特性的影响

3．2．4 车速v对伸缩缝振动特性的影响

3．3 伸缩缝耦合动力学冲击系数分析

3．3．1 剪切弹簧刚度K1对伸缩缝冲击系数的影响

3．3．2 弹性支承刚度K2对伸缩缝冲击系数的影响

3．3．3 缝宽B及车速v对伸缩缝冲击系数的影响

3．4 伸缩缝耦合动力学衰减研究

3．4．1 车速v对伸缩缝振动衰减的影响

3．4．2 剪切弹簧刚度K1对伸缩缝振动衰减的影响

3．4．3 弹性支承刚度K2对伸缩缝振动衰减的影响

3．4．4 阻尼对伸缩缝振动衰减的影响

3．5 车载对伸缩缝振动特性的影响

3．6 本章小结

第4章 伸缩缝结构参数及固有频率灵敏度分析

4．1 结构参数对结构性能灵敏度影响

4．2 ANSYS中解决灵敏度分析问题的方法

4．3 模数式伸缩缝有限元模型

4．3．1 ZL480模数式伸缩缝结构属性

4．3．2 ZL480模数式伸缩缝有限元模型

4．4 伸缩缝固有频率仿真结果分析

4．4．1 仿真结果及试验比较

4．4．2 横梁间距BHK对固有频率的影响

4．4．3 弹性支承刚度K2对固有频率的影响

4．4．4 缝宽B对固有频率的影响

4．5 伸缩缝固有频率灵敏度研究

4．5．1 随机输入变量及输出变量

4．5．2 结果分析

4．6 本章小结

第5章 伸缩缝抗震性分析

5．1 桥梁模型的建立及地震分析

5．1．1 时程分析理论

5．1．2 地震波及斜拉桥地震响应

5．2 伸缩缝抗震性能研究

5．2．1 弹性支承刚度K2对伸缩缝抗震性能的影响

5．2．2 剪切弹簧刚度K1对伸缩缝抗震性能的影响

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果