斜置拱形独塔斜拉桥车桥耦合振动及其影响分析研究

摘要

近年来，随着经济技术和材料的发展，越来越多的复杂斜拉桥在当今社会中建造，由于斜拉桥结构较复杂，而且桥梁变得更轻、更柔，同时车速增大和车重的增大，车桥耦合振动的问题将进一步突出。桥梁结构形式的多元化和复杂化及车辆重量的不确定性，造成车桥耦合振动响应分析变得更加复杂。对于车桥耦合的研究早期主要集中在铁路桥梁上，而对公路及城市桥梁的研究相对较晚，且均集中在简单的桥梁上。随着有限元方法及结构分析软件的应用，出现了基于既有有限元分析ANSYS软件的数值计算方法，实现了公路与城市多种复杂桥梁并在较为复杂条件下的车桥耦合振动数值分析。
　　本文在研究车桥耦合振动时，通过车辆和桥梁的位移协调条件，将车辆和桥梁作为两个分离体系。首先建立了本文依托工程斜置独塔斜拉桥的空间梁格模型和7自由度的整车模型，根据D' Alembert原理推导其振动方程，利用Matlab编制基于精细积分法求解车辆方程的程序;利用车辆与桥梁的协调条件，借助大型通用结构分析软件ANSYS建立桥梁空间梁格模型实现了车辆与桥梁的耦合振动数值分析;对于车辆运行时的路面激励效应，本文根据GB/T7031-2005规定的路面不平整度功率谱，运用傅里叶逆变换模拟桥面不平整度;最后以斜置拱形独塔斜拉桥和7自由度空间整车模型为研究对象，利用本文方法对不同车辆速度、不同路面平整度、不同二期恒载、不同车辆作用的横向位置以及将车道荷载转化车队荷载后的车队形式等影响因素进行了求解，并比较分析，得到一些有用的结果，可供该桥或类似桥梁工程设计参考和借鉴，也为该桥和同类桥梁建成后的养护管理提供了依据。
　　通过本文的研究，再一次证明目前基于既有有限元分析ANSYS软件的车桥耦合振动数值计算方法具有较强的通用性，可以实现连续体系桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等复杂桥梁车桥耦合数值计算分析，且不需要编制较为复杂的程序，方便、快捷，能为工程设计人员所接受。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 车桥耦合振动的概念与引起原因

1．2 车辆和桥梁耦合振动的历史和现状

1．2．1 公路桥梁车桥耦合振动的国外研究

1．2．2 公路桥梁车桥耦合振动的国内研究

1．3 车桥耦合振动研究模型

1．3．1 桥梁分析模型

1．3．2 车辆分析模型

1．3．3 路面不平整度表示方法

1．4 本课题研究的目的、意义及内容

1．4．1 依托工程背景

1．4．2 目的及意义

1．4．3 本文研究内容

第二章 车桥耦合振动分析模型

2．1 车辆振动方程

2．1．1 车辆模型

2．1．2 车辆方程

2．1．3 本文所采用车辆模型的参数

2．2 桥梁振动方程

2．2．1 桥梁结构动力平衡方程

2．2．2 本文采用的桥梁模型

2．3 小结

第三章 车桥耦合振动方程求解方法

3．1 车辆-桥梁系统的耦合关系

3．1．1 位移协调条件

3．1．2 车辆对桥梁作用力

3．2 桥面激励模型

3．2．1 路面不平整度模拟参数条件

3．2．2 功率谱模拟不平整度

3．2．3 四轮激励的路面不平整度

3．3 车桥耦合振动的有限元分析方法

3．3．1 车辆运动方程的求解

3．3．2 车桥耦合振动数值分析方法

3．4 小结

第四章 车桥耦合振动的数值分析

4．1 现行规范的冲击系数

4．2 车速对车桥耦合振动数值分析的影响

4．2．1 不同车速下的时程曲线

4．2．2 不同车速下的动力系数

4．3 桥面不平整度对桥梁振动的影响

4．3．1 不同桥面等级下的时程曲线

4．3．2 不同桥面等级下的动力系数

4．4 车辆横向位置对车桥耦合振动数值分析的影响

4．4．1 不同车辆横向位置下的时程曲线

4．4．2 不同车辆横向位置下的动力系数

4．5 二期恒载对车桥耦合振动数值分析的影响

4．5．1 不同二期恒载作用下的时程曲线

4．5．2 不同二期恒载作用下的动力系数

4．6 车队荷载对车桥耦合振动数值分析的影响

4．6．1 单车荷载和车队荷载作用下的时程曲线

4．6．2 单车荷载和车队荷载作用下的动力系数

4．7 小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要研究结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要科研结果

致谢