橋梁車輛振動(dòng)分析與剛架拱計(jì)算機(jī)仿真.pdf

1、車橋耦合動(dòng)力學(xué)是現(xiàn)代公路橋梁發(fā)展的重要課題，其研究能更真實(shí)地揭示出橋梁結(jié)構(gòu)在汽車車輛荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。隨著橋梁日趨向輕型化、細(xì)長(zhǎng)化發(fā)展，而交通量卻不斷增加的新形勢(shì)，橋梁車輛振動(dòng)問題日顯突出；但由于橋梁在行駛車輛作用下的振動(dòng)受很多復(fù)雜因素的影響，至今難以得到它們與橋梁車輛振動(dòng)之間的定性關(guān)系。本文在廣泛收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)的總結(jié)了車橋耦合動(dòng)力學(xué)的研究歷史，提出了該研究的古典理論與現(xiàn)代理論。重點(diǎn)分析了現(xiàn)代理論產(chǎn)生的背景和

2、主要思想及應(yīng)用工具。 經(jīng)典車橋振動(dòng)理論為研究車橋系統(tǒng)相互作用做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，理論中的不少優(yōu)點(diǎn)仍應(yīng)用在現(xiàn)代研究中，作為簡(jiǎn)化計(jì)算，快速取得結(jié)果的橋梁承載能力分析的手段。古典理論僅考慮了單個(gè)荷載或單個(gè)自由度荷載作用在簡(jiǎn)支梁上的動(dòng)力作用問題，在使用上受到限制。現(xiàn)代理論借助于計(jì)算機(jī)分析和有限元法，更真實(shí)地模擬了車輛和橋梁的性態(tài)，并且考慮了路面不平整，行車速度，荷載質(zhì)量對(duì)車橋系統(tǒng)相互作用的影響。由于它更多的關(guān)注于車橋振動(dòng)系統(tǒng)的相互耦合

3、作用，更加真實(shí)地揭示了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是受到技術(shù)手段的限制，古典理論和現(xiàn)代理論均只能近似地反映車橋振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于車橋振動(dòng)空間系統(tǒng)，現(xiàn)代分析手段不僅借助于實(shí)驗(yàn)，而且使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，以求得更為接近于實(shí)際的動(dòng)力反應(yīng)。 計(jì)算機(jī)模擬仿真是研究現(xiàn)代工程問題的重要手段。對(duì)動(dòng)力學(xué)研究而言，所謂仿真就是求運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解，以研究結(jié)構(gòu)在特定條件下的動(dòng)力響應(yīng)特性。大型有限元分析軟件ANSYS就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真分析實(shí)驗(yàn)的一種有力

4、工具。 梁橋是公路橋梁中最常見的一種橋型，也是其他體系橋梁動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。本文運(yùn)用動(dòng)力學(xué)普遍原理主要是哈密頓原理建立了梁橋的振動(dòng)微分方程，對(duì)梁橋的動(dòng)力響應(yīng)問題得出了一般解答。梁橋振動(dòng)分析方法，可作為其他體系橋梁的振動(dòng)分析依據(jù)。 本文以車載作用下的拱橋?yàn)檠芯繉?duì)象，在收集有關(guān)拱橋及動(dòng)力學(xué)資料的基礎(chǔ)上，分析了拱橋動(dòng)力學(xué)的解析分析法和有限元分析法的優(yōu)缺點(diǎn)，分別提出了相應(yīng)的車輛模型和橋梁模型。利用梁橋振動(dòng)中介紹的近似方法，研究拱橋

5、固有振動(dòng)的基本動(dòng)力特性，為進(jìn)一步討論拱橋在各種動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)以剛架拱橋-津淮橋?yàn)楸尘埃褂肁NSYS軟件建立了空間有限元模型，實(shí)施了橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性模擬分析。并分析了考慮到模型簡(jiǎn)化過程中部分結(jié)構(gòu)參數(shù)取值的差異、橋面板的約束狀況不同等因素對(duì)自振特性結(jié)果的影響。研究揭示，剛架拱具有與其他一般拋物線(或橋面系用豎桿簡(jiǎn)支的拱橋)不同的動(dòng)力特性，其振型序列顯示出明顯的剛架和梁的特征。根據(jù)對(duì)自振特性的理論分析，結(jié)合工程檢測(cè)實(shí)

6、例分析了該橋的動(dòng)力特性、剛度變化，提出處理意見及加固方案。 車輛在橋梁上的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程，牽涉到很多因素。顯然，研究這樣的問題，僅從某個(gè)單一系統(tǒng)著手，難以反應(yīng)其本質(zhì)。所以，將車輛系統(tǒng)與橋梁系統(tǒng)作為一個(gè)總體大系統(tǒng)，而將車輪和橋面關(guān)系作為兩個(gè)子系統(tǒng)的“紐帶”，進(jìn)行“車橋耦合動(dòng)力學(xué)”的研究，可以更為客觀地反映系統(tǒng)的本質(zhì)。事實(shí)上，在計(jì)算技術(shù)日益進(jìn)步及車輛動(dòng)力學(xué)、橋梁動(dòng)力學(xué)研究日益成熟的今天，將兩者統(tǒng)一起來(lái)考察，不僅十分必要，