风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

摘要

本文建立了风-列车-桥梁体系动力分析模型。该模型较为全面地考虑了桥梁的抖振以及与脉动风之间的自激振动、列车-桥梁耦合振动、侧向风对车辆的影响等多种因素，较为真实地反映了脉动风、列车、大跨度桥梁三者之间的气动耦合作用关系以及列车和桥梁之间的几何、力学上的耦合关系以及整个系统的时变特性。　　本文将车辆模型、桥梁模型和风荷载模型组合而建立的风-车-桥系统动力分析模型和相应的计算机模拟方法，能够在大量减少体系的计算自由度，从而大大减少占用计算机空间和时间的前提下求解大型桥梁结构与运行列车体系在强风作用下的振动响应问题，为进一步研究风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及列车运行安全分析提供了一种可能的途径。

目录

文摘

英文文摘

创造性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

提要

前言

1.1大跨度桥梁的发展现状综述

1.1.1悬索桥的发展概述

1.1.2斜拉桥的发展概述

1.2车桥振动响应研究的发展现状综述

1.2.1引起车桥振动的原因

1.2.2国外的发展

1.2.3国内的发展

1.2.4目前车桥振动研究的特点

1.3大跨度桥梁的风振响应研究现状综述

1.3.1风对大跨度桥梁产生的动力作用

1.3.2大跨度桥梁风振研究发展概况

1.4本文的研究工作

1.4.1选题意义

1.4.2本文主要研究内容

1.5本章小结

第2章风-车-桥动力系统振动分析模型的建立

提要

前言

2.1车辆模型

2.1.1车辆振动的基本型式

2.1.2车辆模型的基本假定

2.1.3车辆运动方程的建立

2.2桥梁模型

2.3车辆蛇行运动与轨道不平顺

2.3.1车辆蛇行运动

2.3.2轨道不平顺

2.3.3轮对蛇行运动与轨道不平顺在运动方程中的考虑

2.4风荷载模型

2.4.1桥梁风荷载

2.4.2车辆风荷载

2.5风-车-桥系统运动方程的推导及求解

2.6程序设计及功能介绍

2.7本章小结

第3章大跨度桥梁的自振特性分析

提要

前言

3.1工程背景与算例介绍

3.1.1武汉天兴洲公铁两用大跨度悬索桥方案介绍

3.1.2武汉天兴洲公铁两用大跨度斜拉桥方案介绍

3.2有限元计算模型的建立

3.3大跨度桥梁的自振特性计算分析

3.3.1悬索桥方案自振特性计算结果

3.3.2斜拉桥方案自振特性计算结果

3.3.3计算结果分析

3.4本章小结

第4章脉动风速场的数值模拟计算

提要

前言

4.1风的基本特性

4.1.1概述

4.1.2平均风速

4.1.3脉动风速的功率谱

4.1.4风的空间相关性

4.2风速场的简化

4.3作用在桥梁上的风荷载

4.3.1桥梁模态抖振风力

4.3.2桥梁模态自激风力

4.4作用在车辆上的风荷载

4.4.1车辆的静风力

4.4.2车辆的抖振风力

4.5桥址区风速场的数值模拟

4.5.1计算中基本参数的确定

4.5.2脉动风速场的数值模拟计算

4.5.3脉动风速计算结果分析

4.5.4计算结果验证

4.6系统风荷载的数值模拟计算

4.7本章小结

第5章大跨度桥梁在风和列车荷载同时作用下的动力响应计算

提要

前言

5.1计算条件

5.2桥梁在风和列车荷载同时作用下的动力响应数值计算结果

5.2.1计算结果的统计分析

5.5.2时程计算结果的分析（一）

5.5.2时程计算结果的分析（二）

5.3运行列车上的横向风压形成的移动荷载列对大跨度桥梁振动的影响

5.3.1列车横向风压移动荷载列对大跨度桥梁动力响应的贡献

5.3.2车体横向风压形成的移动荷载列引起的桥梁共振问题

5.4桥梁的动力性能评定

5.5本章小结

第6章风作用下运行列车在桥上的振动性能分析

提要

前言

6.1列车的振动性能评判标准

6.1.1列车运行安全性评判标准

6.1.2列车运行平稳性评判标准

6.1.3本文对桥上列车振动性能采用的评价标准

6.2风荷载作用下列车通过大跨度桥梁所引起的动力响应计算分析

6.2.1计算条件

6.2.2计算结果的统计分析

6.2.3计算结果的时程分析

6.3桥上列车的振动性能评价

6.4本章小结

第7章结论

7.1主要研究结论

7.1.1武汉天兴洲公铁两用大跨度桥梁方案在恒载作用下的动力特性

7.1.2武汉天兴洲大桥桥址区的风特性

7.1.3风-车-桥系统振动性能分析

7.1.4风-车-桥系统振动性能评价

7.2本文在研究上的特点

7.3有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间从事的科研项目