不等支承刚度条件下桥梁—车辆动力耦合解析理论及应用

摘要

由于支座、桥墩地基等的作用,桥梁端部实际受弹性支承约束,且因施工误差、材料老化等影响,两端支承刚度常常不等。为揭示支承、梁体、车辆之间的耦合关系及不等支承条件的影响,建立了不等支承刚度条件下桥梁-车辆动力耦合解析理论。首先,基于振型叠加法推导了考虑不等支承刚度约束的桥梁、车辆动力响应闭合解,解析了弹性支承条件对车-桥系统响应的时频影响关系;其次,建立了弹性支承条件下车-桥耦合有限元模型,验证了解析理论的准确性;然后,研究了弹性支承刚度及左、右不等程度对车-桥系统响应的放大效应;最后,探索了基于车辆响应的桥梁频率及支承刚度状态的间接测量方法。研究结果表明:(1)支承刚度衰减使桥梁频率降低,响应幅值增大,且频率阶次越高影响越显著;(2)车-桥系统响应幅值与车辆起始运行位置的桥端支承刚度成反比,从刚度弱侧支承端出发的车辆响应被显著放大,即“弱侧放大”现象;(3)车体响应中包含桥梁频率,且呈现左右对称分叉特征,证实了利用车体加速度响应识别弹性支承梁频率的可行性;(4)利用车辆正反双向行驶加速度响应的“弱侧放大”现象,可判别桥梁支承的弱刚度端,同时增强桥梁频率的辨识,且对路面平整度、结构阻尼、噪声、伴随车等实测干扰因素具有较高的鲁棒性。