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原文传递高海拔峡谷地带高墩桥梁风车桥耦合振动的研究

论文题名：	高海拔峡谷地带高墩桥梁风车桥耦合振动的研究
关键词：	高墩桥梁;风车桥系统;耦合振动;动力学模型;有限元软件;高海拔地区;峡谷地带
摘要：	风-车-桥耦合振动体系是将自然风、汽车和桥梁三者作为一个相互作用、相互影响的力学分析系统。由于高海拔峡谷地带具有风多、风速大、地表极其不平整的特点，桥墩一般修建的较高，风对高桥墩的稳定性造成一定的威胁;另外高墩桥梁在风场中产生的无规律振动，其对于车辆在桥上行驶时会给乘客的安全性和舒适度带来非常大的影响，所以高海拔峡谷地带高墩桥梁风-车-桥空间耦合振动的研究对于实际工程建设具有重要意义。本课题针对高海拔峡谷地带高墩桥梁卧龙沟4号大桥主桥，利用有限元软件ANSYS建立桥梁模型进行分析，然后进行构建风-汽车-桥梁空间系统耦合振动的动力学模型，进一步研究风车桥耦合振动的机理与响应。文中研究的主要内容如下: 　　首先，简单介绍古典理论中简支梁桥在车辆荷载下的振动响应，分析过程中分别将车辆荷载简化为常量力、简谐力、集中力以及簧上质量等。　　其次，根据车辆的运动特性建立两轴汽车空间模型（具有12个自由度）并推导出其运动方程。再根据车辆运行的振动性能来研究车-桥耦合振动的机理与响应以及进行探讨桥梁的动力学方程及其解法。对本论文所依托工程卧龙沟4号大桥主桥建立的动力分析模型进行具体的车-桥耦合振动研究，进而可以对车辆在桥上行驶时的安全性及舒适度进行评定。　　然后，对卧龙沟4号大桥桥址处的风场进行数值模拟，把风荷载中的静风力和脉动风产生的抖振力、自激力一起施加在桥梁上，进而对桥梁产生的抖振效应进行整体分析。研究风-桥梁系统的非线性耦合振动问题，而后利用时域和频域的分析方法对高墩桥梁在风场中的抖振效应进行系统分析和探究。　　再次，在评论车辆在桥上运行的安全性和舒适性时，首先对车辆的安全性进行探讨，主要从车辆的侧滑、侧倾、侧偏三个方面进行研究，通过对比不同车速下车辆运行的状况，得出车辆的侧倾以及在桥面行驶时发生安全事故与侧向风速之间的联系，为车辆行驶安全提供保障;然后从车桥振动特性和人体的生理机理方面着手讨论，对不同振动状态下乘客的疲劳度进行系统分析，得出评价车辆平稳运行的相关的理论指标，对提高交通运行的舒适度有显著意义。　　最后，对本文的依托工程卧龙沟4号桥主桥建立的高海拔峡谷地带风车桥耦合振动系统进行动态分析研究;通过对不同的风速、不同的车辆模型、不同的车辆运行速度等的情况下风车桥耦合振动的特性进行对比分析，研究了各条件下对于桥梁及车辆运行的最不利状况;研究表明:车辆在运行中轮胎对桥面的冲击（一般呈周期性）对桥梁的动力响应起主要作用，振动的幅度和桥梁自身结构特性有关;车辆在运行中的振动状态与桥上路面的粗糙度有关，进而影响到风车桥耦合振动，另外桥梁振动的规律性对桥梁冲击系数有影响;风场对风车桥耦合振动的影响主要由脉动风产生的抖振力引起的。
作者：	赵永权
专业：	建筑与土木工程
导师：	张永水
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文