大跨度懸索橋計(jì)算理論及其車橋耦合振動(dòng)分析.pdf

1、橋梁作為重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施，是抗振防災(zāi)研究的重要對象。尤其是大跨度的懸索橋，由于其特殊的重要地位，其車橋耦合動(dòng)力特性更是我們需要重點(diǎn)研究的課題。
　　 近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，高速鐵路已經(jīng)成為世界上最經(jīng)濟(jì)、最高效的運(yùn)輸系統(tǒng)。隨著車輛行駛速度的提高，車輛與橋梁之間的動(dòng)力相互作用問題更加的突出，車橋耦合動(dòng)力相互作用對橋梁及車輛的影響越來越大。之前也有很多學(xué)者對這個(gè)問題進(jìn)行了研究，給出了很多的解決方法，但是大都計(jì)算復(fù)雜

2、，對各種橋型不具有通用性。因此，建立一套通用性好、精度高且使用方便的計(jì)算程序具有重大意義。
　　 本文針對目前其它計(jì)算方法的不足，在總結(jié)和吸收國內(nèi)外前人研究成果的基礎(chǔ)上，針對大跨度懸索橋在移動(dòng)車輛作用下的車橋耦合振動(dòng)問題進(jìn)行了研究。給出了系統(tǒng)的求解車橋耦合振動(dòng)問題的處理方法，并且對大跨度懸索橋的靜力及成橋狀態(tài)計(jì)算給出了詳細(xì)的計(jì)算方法，并編制了相關(guān)的程序。本文主要研究內(nèi)容包括：
　　 (1)對大跨度懸索橋的靜力計(jì)算問題進(jìn)行

3、了討論。本文基于撓度理論對懸索橋的靜力計(jì)算方法進(jìn)行了推導(dǎo)，在推導(dǎo)過程中考慮了活載二階非線性項(xiàng)的影響，并驗(yàn)證了算法的正確性。在文中，對加勁梁在主塔處鉸接和連續(xù)時(shí)受溫度荷載的影響情況進(jìn)行了對比研究。
　　 (2)給出了大跨度懸索橋成橋狀態(tài)的精細(xì)化非線性有限元計(jì)算方法。本文首先對目前存在的幾種確定成橋狀態(tài)的解析方法進(jìn)行了回顧，隨后推導(dǎo)了基于非線性懸鏈線索單元的非線性有限元法的計(jì)算程式，并給出了詳細(xì)的計(jì)算過程。在文中，采用多個(gè)經(jīng)典算例驗(yàn)

4、證了算法的有效性，并對某跨長江懸索橋的成橋狀態(tài)進(jìn)行了計(jì)算分析。
　　 (3)對簡支梁的經(jīng)典車橋耦合振動(dòng)理論進(jìn)行了回顧。對簡支梁在移動(dòng)力、移動(dòng)質(zhì)量、移動(dòng)單軸車輛、移動(dòng)雙軸車輛作用下的解析計(jì)算方法進(jìn)行了回顧。
　　 (4)對車輛和橋梁動(dòng)力模型的建立方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究。文中首先對車輛的基本要素進(jìn)行了介紹，特別是對剛性連接的處理進(jìn)行了說明，給出了任意復(fù)雜車輛模型的建立方法，并建立了雙軸車輛和四軸車輛的動(dòng)力模型。文中還對大跨度懸

5、索橋動(dòng)力模型的建立進(jìn)行了說明。
　　 (5)基于隨機(jī)理論，給出了路面平整度的模擬方法。文中對幾種常見的路面平整度的功率譜密度進(jìn)行了介紹，給出了基于諧波疊加法模擬路面平整度的計(jì)算方法。文中對空間頻率范圍的取值、取樣周期的大小及取樣時(shí)間步長的確定進(jìn)行了說明，并給出了詳細(xì)的計(jì)算步驟。最后對幾種常見等級路面的路面平整度進(jìn)行了模擬，并對模擬路面平整度的功率譜與理論功率譜進(jìn)行了對比驗(yàn)證。
　　 (6)推導(dǎo)了車橋耦合單元，建立了車橋耦

6、合振動(dòng)的計(jì)算方法。本文推導(dǎo)了一般車輛作用下車橋耦合單元，對車橋耦合方程的建立及求解進(jìn)行了詳細(xì)的說明。文中還給出了移動(dòng)質(zhì)量、移動(dòng)單軸車輛、移動(dòng)雙軸車輛及移動(dòng)四軸車輛作用下的車橋耦合單元的影響矩陣。最后驗(yàn)證了本文方法的有效性并對某跨長江懸索橋在移動(dòng)卡車、移動(dòng)列車作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了求解。
　　 (7)給出了地震作用下的車橋耦合振動(dòng)問題的計(jì)算方法。本文對地震作用下的車橋耦合振動(dòng)方程進(jìn)行了推導(dǎo)，并對某跨長江懸索橋在地震作用下的車橋耦合