公路曲线梁桥在移动荷载作用下车桥耦合振动响应研究

论文摘要

运用数值模拟方法研究移动车辆荷载作用下曲线桥梁的动态响应。车桥耦合系统以车轮与桥面接触处为界,分为车辆与桥梁两个子系统,分别建立车辆与桥梁运动方程,两者之间通过车轮与桥面接触处的位移协调条件与相互作用力的平衡关系相联系,建立耦合振动方程,并运用迭代方法求解系统响应。基于刚体动力学和车辆动力学假设,推导了通过曲线桥梁时,三轴整车模型的运动方程。路面不平顺作为对车辆的重要激励之一,是公路车桥耦合振动研究的一个重要内容。将路面不平度视为符合一定路面功率谱密度函数的静态随机过程,利用三角级数叠加法生成与国家标准GB/T7031-86对应的A、B、C三种不同路面等级的桥面不平度系列。提出了一种新的曲线梁桥车桥耦合振动分析方法,即将有限元单元法及模态综合技术引入到车桥耦合振动模型中来。由于桥梁振动响应主要由若干低阶模态组成,使耦合振动方程的矩阵维数大大降低,并运用Newmark-β法对车桥耦合振动方程进行迭代求解。以长青南路桥A匝道为工程背景,利用编写的程序进行了分析计算,并将计算结果和试验获得的数据进行了比较,比较结果证明程序是正确可行的。在此基础上,分析了车速、车辆横向位置、路面不平顺、曲率、超高及桥梁结构阻尼等因素对桥梁动力响应的影响。得到了一些结论,可为进一步研究曲线公路梁桥车桥的耦合振动提供参考数据和理论参考。对比研究了各国规范对冲击系数规定,总结了曲线公路桥梁冲击系数的多种影响因素,并分析了影响冲击系数大小的因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引文
• 1.2 课题来源、背景及研究意义
• 1.3 公路桥梁在移动荷载作用下车桥耦合振动研究现状及发展趋势
• 1.4 曲线公路桥车桥耦合振动响应研究现状
• 1.4.1 曲线桥的结构特点
• 1.4.2 曲线梁桥的研究现状
• 1.5 车桥耦合振动主要的求解方法
• 1.6 本文主要工作
• 第二章 车桥耦合系统的计算模型和数值计算方法
• 2.1 车辆模型及车辆振动方程的建立
• 2.1.1 车辆模型
• 2.1.2 车辆振动方程的建立
• 2.2 桥梁模型及桥梁动力方程的建立
• 2.2.1 桥梁模型
• 2.2.2 桥梁动力方程的建立
• 2.3 桥面不平度模拟
• 2.3.1 路面不平整度的表示方法
• 2.3.2 路面不平整的模拟
• 2.4 车桥耦合模型及其振动方程的建立
• 2.4.1 车桥相互作用力
• 2.4.2 车桥耦合方程的建立
• 2.5 车桥耦合振动数值计算
• 2.5.1 Newmark-β方法
• 2.5.2 车桥耦合振动方程的求解步骤
• 2.6 本章小结
• 第三章 曲线梁桥的车—桥耦合振动模型及研究
• 3.1 坐标系的建立
• 3.2 通过曲线梁桥车辆模型的振动方程
• 3.3 曲线梁桥振动分析的有限元方法与振动方程的建立
• 3.3.1 曲线梁有限单元法概述
• 3.3.2 曲线梁桥的振动方程的建立
• 3.4 曲线梁桥—车辆耦合系统位移联系方程
• 3.5 曲线梁桥—车辆相互作用力
• 3.6 曲线梁桥车桥耦合模型及算法分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 长青南路A 匝道桥振动响应分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 长青南路A 匝道桥有限元模型
• 4.2.2 车辆模型
• 4.2.3 桥面不平度激励模型
• 4.3 数值模拟结果
• 4.4 曲线桥梁动力响应参数分析
• 4.5 试验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 曲线梁桥冲击系数分析
• 5.1 冲击系数的计算方法
• 5.2 世界各国规范对冲击系数的规定
• 5.3 冲击系数的主要影响因素
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要研究结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历在读期间发表的学术论文