汽车荷载作用下大跨度斜拉桥的动力响应分析

摘要

为了适应现代社会对交通运输系统发展的需要，世界上许多国家正在建造越来越多的大跨度桥梁。由于大跨度桥梁受力状态比较复杂，其所处的自然环境、行车条件等外界激励也十分多样，研究这些桥梁自身的结构特点及其在移动车辆作用下的动力性能，是合理进行结构设计的需要，具有十分重要的理论和实际意义。本文以沪通公铁两用斜拉桥为工程背景，采用大型结构有限元分析软件ANSYS和MATLAB自编程序分析了汽车-桥梁的动力相互作用，具体工作与结论包括:
　　(1)作为动力分析的第一步，建立了跨度142m+462m+1092m+462m+142m沪通公铁两用斜拉桥的三维有限元模型。得到了桥梁的各阶自振频率与振型，并对其自振特性进行了分析。
　　(2)选取了普通轿车、卡车和重载货车等三种常用车型，对单车通过桥梁时的车桥动力响应进行了多工况计算分析。综合考虑了路面不平整度、车速、车重、不同车道加载等因素的影响，结果表明:桥梁的动力响应对路面不平整度和车重比较敏感，直接影响位移、加速度的振幅;荷载横向分布虽然对桥梁的动力响应产生一定影响，但影响不大;车辆的振动响应对路面不平整度最为敏感，桥面状况变差，车体振动响应急剧增加;车辆在不同车道行驶时，越靠近桥面中间行驶，车辆的振动加速度越小，行车越平稳。
　　(3)对车队通过桥梁的车桥动力响应进行了数值计算，分析了改变车队参数（包括车辆数目、行车间距、单双向行驶等）对桥梁动力响应的影响，结果表明:增加车辆数目会直接影响桥梁动力响应的峰值;车队行车间距越密，动力响应越大，因此从行车安全性考虑，增大车队间距有利于行车安全;相向行车会使结构受力对称，但会增大主跨跨中的动力响应，而边跨截面响应会抵消一部分。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究目的及意义

1．2车桥耦合经典理论

1．3车-桥耦合振动国内外发展现状

1．3．1国外发展现状

1．3．2国内发展现状

1．4本论文的主要研究内容

2汽车-桥梁耦合动力系统理论分析及方法

2．1概述

2．2车辆分析模型及运动方程理论

2．2．1车辆的主要构成

2．2．2车辆振动方程条件假设

2．2．3车辆分析模型

2．2．4车辆振动舒适性评判标准

2．3车辆运动方程

2．4桥梁运动方程的建立

2．5车桥耦合理论分析

2．5．1车桥耦合方程的建立

2．5．2车桥耦合方程的求解方法

2．5．3收敛性判断方法

2．6路面不平整度的概念及模拟

2．7本章小结

3汽车-大跨度斜拉桥的动力响应分析

3．1 沪通长江大桥的有限元建模

3．1．1沪通长江大桥工程概况

3．1．2沪通大桥振动特性

3．1．3主要分析截面的选择

3．2不同单车模型及参数

3．3单车作用下沪通长江大桥动力响应分析

3．3．1不同车型的影响

3．3．2不平整度的影响

3．3．3车重的影响

3．3．4车速的影响

3．3．5不同行驶车道的影响

3．4车辆振动响应分析

3．4．1不平整度的影响

3．4．2车重的影响

3．4．3车速的影响

3．4．4不同行驶车道影响

3．5本章小结

4车队荷载作用下大跨度斜拉桥的动力响应分析

4．1车队荷载的编写

4．2车队车辆数目的影响

4．2．1主梁的动力响应

4．2．2索塔塔顶的动力响应

4．2．3拉索的动力响应

4．3车队车辆间距的影响

4．3．1主梁的动力响应

4．3．2索塔塔顶的动力响应

4．3．3拉索的动力响应

4．4两列车队相向行驶时车桥耦合系统动力响应分析

4．4．1 主梁的动力响应

4．4．2索塔塔顶的动力响应

4．4．3拉索的动力响应

4．5本章小结

5．1主要工作与结论

5．2展望

参考文献

作者简历

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