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简支梁桥车桥耦合振动及MTMD振动控制研究

涂勇  
【摘要】:随着交通运输事业的迅速发展,对现有交通基础设施的建设要求越来越高,要求能够对结构的使用状况进行正确评估,并在运营过程中对结构进行有效的维护。特别是对于公路桥梁结构,要承受大量的动载作用,结构的耐久性和使用状况会受到很大的影响,因此有必要确定桥梁的最大承载能力,保证结构的安全性能。通过车桥耦合系统的研究,对桥梁结构的动力性能及车辆荷载的动力性能进行研究分析,采取相应对策减小桥梁动力响应,对桥梁工程的发展具有重要的意义。 车桥耦合系统以车轮与桥面的接触点为界限,将车桥耦合整体系统划分为车辆系统和桥梁系统两个独立系统,建立车辆运动平衡方程与桥梁运动平衡方程,通过桥面接触点的位移协调条件及车辆在桥面接触点产生的相互作用力进行将两者进行联系,将其联立为车桥耦合运动平衡方程组,采用迭代法进行计算求解车桥耦合系统的振动响应。 本文以东风EQ3166汽车作为模拟用车,以30mT型截面简支梁桥为实体桥梁,建立桥梁的三维有限元模型和车桥耦合振动的三轴整车模型,根据Euler-Bernoulli梁的弯曲振动方程,推导了简支梁桥的车桥耦合振动微分方程,运用Newmark-β法对车桥耦合振动方程进行迭代求解,分析了在不同车辆荷载工况、不同速度下简支梁桥的动力响应。 在车桥耦合相互作用的基础上,研究了MTMD系统的振动控制机理,对MTMD系统具有最优振动控制效果条件下的各参数进行进行分析,讨论了MTMD系统的频率间距、阻尼比、质量比、TMD数量等对MTMD系统减振控制的影响,结合本文桥梁模型设计了MTMD系统在结构振动控制中的合理参数,推导了在桥梁跨中位置安置MTMD系统后车桥耦合振动系统动力平衡方程,对比简支梁桥结构在安置MTMD系统前后车桥耦合系统的动力响应,结果表明,MTMD系统具有良好的减振效果。 对车桥耦合相互作用减振控制的研究及工程实际应用有着极大的发展前景,但是,目前还有许多问题亟待解决。相信经过科研工作者的努力,在不久的将来,结构振动控制技术将在结构防震减振中发挥重要作用。


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