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公路桥梁车桥耦合主要影响因素仿真分析方法研究

陈榕峰  
【摘要】:近年来,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。由于公路桥梁结构型式的多样化和汽车荷载的复杂性及不确定性,使得公路桥梁因车辆过桥而引起的耦合振动分析更加复杂。 目前国内、外已有车桥耦合振动研究成果基本上都集中在铁路等轨道交通桥梁上,关于公路桥梁车桥耦合振动分析理论与方法研究的文献很少。研究一种基于既有有限元分析软件的数值分析方法,以实现对包含复杂因素(如桥面不平整度、非线性悬架系统、匀变速等)车桥耦合振动分析,具有重要的理论意义。 本文作为交通部交通应用基础研究项目《弯桥结构动力性能评估分析理论与方法研究》的重要组成部分,进行了车辆与桥梁耦合振动模型试验,研究了耦合系统的耦合振动特性;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,分别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Wilson-θ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响应;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,研究了车桥耦合振动的有限元迭代分析方法。根据GB7031-86规定的路面不平整度功率谱运用逆Fourier变换法模拟路面不平整度,并引用路面不平整度作为桥面不平整度;建立了匀变速移动车辆与桥梁耦合振动模型。 本文以简支梁和连续梁桥为研究对象,分别进行了不同桥面不平整度、不同车速、不同非线性车辆、不同加速度等条件下车桥耦合振动响应数值计算,分析了桥梁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、车辆加速度等是影响车桥耦合振动的显著因素。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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