大跨度公路橋梁車橋耦合振動響應(yīng)研究.pdf

1、近年來，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，橋梁車輛通過密度日益增加、荷載逐漸加重，車速也在的不斷提高，致使橋梁結(jié)構(gòu)處于十分繁忙的超負(fù)荷狀態(tài)之中。同時，為適應(yīng)公路交通和橋梁事業(yè)的發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計也在向大跨度、輕型和柔性的方向發(fā)展，這就使得車輛與結(jié)構(gòu)的動力相互作用問題越來越受到人們的重視。一方面，高速行駛的車輛對所通過的橋梁產(chǎn)生動力沖擊作用，直接影響其工作狀態(tài)和使用壽命；另一方面，橋梁的振動又對運行車輛的安全性和平穩(wěn)性產(chǎn)生影響。盡管車橋耦合振動問題一

2、般不會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的整體破壞，但是車輛的通過密度和荷載的增加通常引起橋梁的振動，從而使橋梁構(gòu)件出現(xiàn)疲勞、老化、開裂等問題，橋梁結(jié)構(gòu)性能不斷劣化，增加橋梁養(yǎng)護(hù)費用。所以研究大跨度橋梁的車致振動問題將有助于人們更好地完善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、規(guī)范車輛荷載、控制車輛通行速度并提高橋梁使用壽命，是合理進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實際需要，對結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展也具有十分重要的理論和實際意義。 本文以鄂黃長江大橋為工程背景，對車列作用下的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)

3、進(jìn)行了動力仿真研究與計算。主要研究內(nèi)容包括： （1）綜述車橋振動研究的國內(nèi)外動態(tài)，闡述對車-橋耦合振動系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的必要性。 （2）采用有限元非線性分析理論和方法對大跨度斜拉橋橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，通過調(diào)整斜拉索張拉力建立了結(jié)構(gòu)合理的初始成橋狀態(tài)，并研究橋梁結(jié)構(gòu)動力特性；將橋上運行的車輛模擬成2軸6自由度且具有3個質(zhì)量的車輛，并組成車列，運用達(dá)朗貝爾原理建立車輛陣列的運動方程。 （3）推導(dǎo)出車一橋耦合動力平衡

4、方程，將整個車橋系統(tǒng)在車輪和橋梁接觸處劃分為車輛、橋梁兩個子系統(tǒng)，通過車輪和橋梁接觸點處力的平衡條件和位移協(xié)調(diào)條件建立車橋系統(tǒng)動力方程。通過基于橋面隨機(jī)不平順的車橋耦合單元建立包含車列振動和結(jié)構(gòu)振動的耦合系統(tǒng)，并用數(shù)值積分法求解該耦合系統(tǒng)的動力學(xué)方程。 （4）分別從汽車通過橋梁時的速度、車輛的個數(shù)、車輛的偏載等幾個方面研究了斜拉橋結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵點處的豎向位移、水平位移和斜拉索索力等動力響應(yīng)問題。 研究成果對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及橋梁