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原文传递地震作用下车桥耦合系统动力响应及振动控制研究

论文题名：	地震作用下车桥耦合系统动力响应及振动控制研究
关键词：	地震作用;车桥耦合系统;振动控制;有限元分析;列车安全
摘要：	我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，近年来我国及周边地区发生的大区域地震预示着我国的许多工程设施正面临着严重的地震灾害威胁。一方面，为了适应经济快速发展的需要，铁路部门积极开展高速铁路的建设，高速铁路设计参数限制严格，对线路平顺性要求高，为减少周边环境因素的影响及保证列车运营安全舒适，所需建造的桥梁数目远远大于普通铁路，使得地震发生时，列车恰巧在桥上的几率大为增加。另一方面，随着我国综合实力的增强，大量长大桥梁得以兴建，这些现代重大桥梁体系复杂，结构轻柔，有关其地震动力灾变及对行车安全的影响研究较普通桥梁更具挑战性和学术价值。因此，地震作用下桥梁结构的动力响应及其对桥上车辆运行安全性的影响是一项重要的研究课题。本文在对国内外车桥系统动力相互作用、桥梁抗震及振动控制问题的发展历史和研究现状进行综述的基础上，总结和吸取已有研究成果，建立了车-桥系统动力相互作用的地震反应分析模型，编制了相应分析程序，较为全面地进行了地震作用下车桥系统耦合振动研究，并探讨了调谐质量阻尼器（TMD）和磁流变阻尼器(MRD)对车桥振动响应的控制效果。主要研究内容包括: 　　 (1)建立较完善的地震作用下车桥耦合振动控制分析模型　　采用常规的空间有限元方法建立桥梁动力分析模型;将车辆模拟成由弹簧和阻尼器连接的多刚体系统，以两轴四轮汽车和二系悬挂的四轴列车为研究对象，介绍了建立汽车和列车空间振动分析模型所需的参数，其中，汽车模型具有13个自由度，列车由车体、转向架和轮对等刚体组成，最多可考虑34个自由度;将路面粗糙度及轨道不平顺视为平稳随机过程，在选定其功率谱密度函数后，采用三角级数法通过自编的计算机程序模拟其样本值;根据给定的目标反应谱，采用谱适合的方法人工拟合地震动，并编制了相应的分析程序;根据TMD和MRD的减振原理，通过优化设计确定其参数，建立TMD和MRD振动控制模型。　　 (2)推导地震作用下车桥耦合空间振动控制方程　　将车辆（包括汽车和列车）和桥梁看作为一个相互作用的整体系统，基于地震作用下车桥耦合振动控制分析模型，分别计算对应于桥梁、汽车、列车、地震力和振动控制装置的虚功。根据虚功原理，按照“对号入座”法则，建立地震作用下车桥耦合系统的空间振动控制方程。　　 (3)编制地震作用下车桥耦合系统动力响应及振动控制分析程序基于Visual Fortran6.5，利用Fortran语言编制了车桥耦合系统的分析程序。该程序功能较为全面，能进行结构的静力分析、动力分析、自振特性分析、地震反应分析、车桥耦合振动分析等，并能输出结构模型的CAD图。通过与通用有限元软件的计算结果进行对比，验证了程序的正确性。　　 (4)研究地震作用下高速铁路简支梁桥的动力响应及行车安全性以高速铁路桥梁中的简支梁为例，利用自编的车桥地震反应分析程序，先后对列车荷载、地震荷载和二者共同作用于桥梁的全过程进行了仿真计算，系统地分析了各参数的影响，研究了TMD或MRD的振动控制效果。　　 (5)分析地震作用下大跨度公轨两用斜拉桥的动力响应以某大跨度公轨两用斜拉桥为研究对象，研究汽车、轻轨车和二者同时运行于桥上三种工况下车桥的动力响应，探讨汽车和轻轨车同时运行时相互之间的影响，计算了一致激励和行波效应作用下大跨度斜拉桥的空间地震响应，分析了该桥在轻轨车、汽车和地震荷载同时作用下的车桥动力响应，在此基础上，研究TMD和MRD的振动控制效果。
作者：	陈代海
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	郭文华
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文