公路斜拉桥车桥耦合振动分析

论文摘要

公路斜拉桥属于刚度较柔的索体系桥梁,近些年来,随着计算、材料技术的进步和经济的发展,大量空间性质复杂的轻型公路斜拉桥被修建。这类桥梁的结构复杂,其车致动力性能难以用常规的拟静力法来衡量,但跨径多在百米以下,未受到足够的关注;且其主梁竖向弯曲振动频率与重车的自振频率接近,容易引起车桥共振问题。位于沈阳市的孝信桥便是其中的典型代表。本文首先对孝信桥的拉索、主梁和拱形桥塔的动力有限元模拟方法进行了详细的讨论,用空间网格模型模拟主梁的整体振动和桥面板的局部振动;通过实际的动力测试数据对全桥动力模型进行了校验。分析了车辆的振动特性、桥面不平整度、车辆上桥前的初始振动,得以准确模拟车辆和桥梁耦合振动期间的相互作用。然后对传统的有限元分离迭代法进行了修正,采用外层迭代循环和内层时间循环的循环模式:利用ANSYS软件实现桥梁的振动时程分析,用MATLAB软件模拟路面不平整度、计算相互作用力,并实现车辆的振动分析,两个软件综合使用实现车桥耦合振动分析。利用实测动挠度曲线对孝信桥的车桥动力响应计算结果进行了验证。利用文献引证与模型计算相结合,对车辆速度、路面不平整度、主梁的横梁效应、桥梁动力刚度和局部振动等因素,对车致桥梁振动响应的影响进行了深入的分析。发现孝信桥的过量振动乃源于:主梁的车致振动敏感频率与常遇车辆的振动频率接近而引发共振,而且钢桥本身过小的阻尼无法有效限制振动峰值和迅速衰减振动。最后,利用多重质量调谐阻尼器(MTMD)对孝信桥进行减振处理,有限元计算结果显示:减振处理后的桥梁振动位移峰值明显减小、车辆经过后的振动位移迅速衰减。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 冲击系数法
• 1.2.2 动力有限元精细计算方法
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 孝信桥动力模型及模态分析
• 2.1 孝信桥动力模型建立
• 2.1.1 动力有限元模型的一般准则
• 2.1.2 孝信桥概况
• 2.1.3 桥塔的设计及有限元模拟
• 2.1.4 孝信桥主梁的模拟
• 2.1.5 孝信桥拉索的模拟
• 2.1.6 孝信桥阻尼的考虑
• 2.2 模态分析
• 2.2.1 振动方程的解耦及模态分析法
• 2.2.2 孝信桥的模态特征及分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 公路车辆振动研究
• 3.1 车辆有限元模型
• 3.1.1 1/4 车辆模型
• 3.1.2 1/2 车辆模型
• 3.2 路面不平整度的模拟
• 3.3 车辆振动方程求解
• 3.4 车辆上桥前初始振动问题
• 3.5 本章小结
• 第4章 孝信桥车桥耦合振动分析
• 4.1 有限元的分离迭代法基本原理及 ANSYS 实现
• 4.1.1 车辆及桥梁振动之间的影响
• 4.1.2 传统分离迭代法
• 4.2 利用ANSYS 实现分离迭代法
• 4.2.1 逐步积分法
• 4.2.2 位移协调条件
• 4.2.3 车辆对桥梁的作用力
• 4.2.4 ANSYS 车桥耦合分析程序实现思路
• 4.3 孝信桥振动响应及影响参数分析
• 4.3.1 有限元计算结果与实测动挠度曲线的比较
• 4.3.2 共振分析
• 4.3.3 阻尼对振动响应的影响
• 4.3.4 速度对振动响应的影响
• 4.3.5 路面不平整度的影响
• 4.3.6 横梁效应
• 4.3.7 有关动力刚度的讨论
• 4.3.8 桥梁局部振动的讨论
• 4.3.9 孝信桥主要构件的动力放大系数
• 4.4 本章小结
• 第5章 孝信桥的减振设计
• 5.1 减振设计及分析
• 5.1.1 减振器的原理
• 5.1.2 MTMD 的参数设计
• 5.2 公路桥梁车桥动力设计方法初步研究
• 5.2.1 冲击系数法的发展
• 5.2.2 细致的车桥耦合分析动力设计过程
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢