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车辆荷载与桥梁结构耦合作用特性的有限元仿真分析

喻泽飞  
【摘要】: 当车辆以一定速度通过桥梁时,使桥梁产生振动、冲击等动力效应,而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动,这种相互作用、相互影响的问题,就是车辆与桥梁结构的耦合振动问题。车辆动力作用引起桥梁上部结构的振动可能使结构构件产生疲劳,降低其强度和稳定性;反之,桥梁结构的振动又可视为车辆结构的外部激励,直接影响车辆的运行安全和乘坐舒适性。 本文以结构动力有限元分析方法为理论基础,以轮迹接触为界,将车—桥耦合系统分为车辆和桥梁两个子系统。总结了引起车辆振动的各种因素,并对车—桥耦合系统中,桥梁结构振动主要的激励源—车辆荷载进行了分类,给出了不同类型车辆动荷载的适用条件。此外,建立了不同的车辆振动模型,以车身振动模型为基础,分析了不同桥面平整度条件下,车辆以不同速度行驶所产生的动荷载。 以太头沟2号桥梁第三跨为研究对象,应用大型有限元计算软件ANSYS的二次开发语言APDL,建立了其有限元实体模型。并利用计算所得的车辆荷载,运用瞬态动力分析方法,仿真模拟了不同条件下的车辆荷载通过桥梁结构,研究了车—桥耦合系统的动力响应特性,得出了一些有益的结论,为车—桥耦合系统振动分析提供一定的科学依据。


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