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非线性悬架系统连续弯梁桥车桥耦合振动分析

王荣波  
【摘要】:车桥梁耦合领域的主要任务就是研究车辆桥梁整体系统的动力行为。从理论上确定在移动车辆荷载作用下桥梁的动力响应,一直是桥梁工程师们感兴趣的课题。最近几十年来,随着桥梁结构逐渐轻柔化、车辆速度和载重量不断增大,车桥耦合振动问题愈加突出,也越来越引起桥梁工程师们的关注。 目前国内、外车桥耦合振动研究主要集中在铁路桥梁上,关于公路桥梁的车桥耦合振动分析研究很少,而且研究的对象大多为简单直梁桥,复杂的桥梁体系(如弯桥、拱桥等)较少。随着有限元技术的广泛应用和大型结构分析软件的大量涌现,出现了基于既有有限元分析软件的数值分析方法,该方法实现了对包含复杂因素(如桥面不平整度、非线性悬架系统等)及复杂桥梁结构(如弯桥等)的车桥耦合振动分析。 本文建立了四自由度线性悬架系统和非线性悬架系统车辆与桥梁耦合振动的力学分析模型,把桥梁和车辆视作两个分离体系,应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的振动方程组,并给出了位移联系方程及车桥相互作用协调方程;运用Newmark-β法自行编制基于Matlab语言环境的线性悬架系统和非线性悬架系统车辆振动响应分析程序求解车辆振动方程;利用车辆与桥梁的位移和相互作用协调条件,借助既有通用结构分析软件ANSYS建立桥梁模型求解,研究了车桥耦合振动的有限元数值分析。根据GB 7031-86规定的路面不平整度功率谱运用Fourier逆变换模拟桥面不平整度,建立了匀速移动车辆与桥梁耦合振动模型。 本文以连续弯梁桥与四自由度车辆模型为研究对象,分别进行了不同桥面不平整度、不同车速、不同桥梁曲线半径、车辆不同非线性间距等条件下车桥耦合振动响应数值计算,分析了车桥耦合振动主要因素对动力系数的影响规律。研究结果表明:桥面不平整度、车速等是影响车桥耦合振动的显著因素,能引起动力系数较大的变化;桥梁曲线半径、车辆非线性间距的改变会引起桥梁跨中振动响应最大值的改变,车辆非线性悬架系统对车桥耦合振动有一定减震作用。本文研究成果可为复杂结构体系的公路桥梁车桥耦合振动分析奠定研究基础。


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