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考虑桥面不平顺影响的公路车辆—桥梁耦合振动分析研究

姚成钊  
【摘要】:桥梁在移动车辆荷载作用下的动力响应研究一直受到广泛关注,其铁路桥梁的研究成果已在设计规范中有所体现,而公路桥梁设计规范在此基本上是空白。随着公路交通建设的飞速发展,新建桥梁数量迅猛增加、新型桥式结构不断涌现、桥梁跨度不断加大,将现行桥梁规范的静力指标评判方式提升为车-桥动力响应指标评判方式成为公路桥梁界亟待解决的问题。本文在文献综述的基础上,就公路车辆、桥梁模型及振动方程的建立、车辆-桥梁耦合振动关系、桥面不平顺影响等方面开展了理论和应用研究。主要工作和成果有: 1.基于车辆动力学和刚体动力学假设,分别建立了7自由度空间整车模型、4自由度双轴平面车辆模型和2自由度单轴平面模型的振动微分方程,并整理成矩阵形式,分析了三种车辆模型的适用条件。 2.将车辆-桥梁耦合振动系统分为桥梁、车辆两个子系统,通过车轮与桥面接触点处的几何相容条件和竖向力平衡条件联系两系统,采用分离迭代法求解耦合系统方程。基于FORTRAN平台,结合ANSYS软件的二次开发功能,自行编制了求解车辆-桥梁系统耦合振动问题的数值仿真程序APVBCV(Analysis Program for Vehicle and Bridge Coupling Vibration),并就7自由度空间车辆-桥梁振动模型、匀速移动常力过桥模型同经典文献进行了对比验证分析,校验了模型和程序的可靠性。 3.引入路面不平度来模拟桥面不平顺,假定路面不平度是服从Gauss概率分布,具有零均值、各态历经的平稳随机过程。采用谐波叠加法,基于FORTRAN平台编制了模拟桥面不平顺的仿真模块SUB_BDR,模拟了按国家标准GB/T7031-86划分的A-D级路面不平度曲线。 4.以京杭运河2号大桥三跨连续梁主桥为研究背景,采用自编程序(?)APVBCV,对该桥进行了车辆-桥梁耦合振动参数分析。所考虑的影响参数包括:车道数目、车辆数目、桥面不平顺等级、行车速度、车辆载重、车辆间距、及车辆的固有振动特性,得到了一些有益的结论,为进一步研究公路车桥耦合振动提供参考。


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