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原文传递公路大跨径连续体系桥梁车桥耦合振动研究

论文题名：	公路大跨径连续体系桥梁车桥耦合振动研究
关键词：	公路大跨径连续体系桥梁;车桥耦合振动;施工技术;数值分析
摘要：	本文研究的连续体系桥梁包括连续梁、连续刚构、连续梁—刚构组合体系三类桥梁结构，由于其结构较为相似，在此统称为连续体系桥梁。公路大跨径连续体系桥梁因其具有较大的跨越能力、成熟的施工技术和良好的经济性等优点，得到了广泛应用。但由于跨径的增大，结构的纤细化，车桥耦合振动问题引起学术界和工程界的广泛关注，对公路大跨径连续体系桥梁车桥耦合振动及其影响分析研究具有十分重要的理论意义和工程实用价值。　　到目前为止，对于公路复杂体系桥梁车桥耦合振动及其影响因素分析方面的研究还尚未成熟。随着有限元技术的发展和大型结构分析软件的日臻成熟，结合高性能计算机，研究一种基于既有有限元分析软件的通用车桥耦合振动数值分析方法，以实现对任何复杂结构桥梁在任意复杂车队行驶工况下的车桥耦合振动分析，已成为可能。本文结合西部交通建设科技项目《高墩大跨桥梁车桥耦合振动及其影响分析研究（200831881232）》，主要研究内容、研究方法和研究成果有：　　（1）提出了一种适于公路桥梁车桥耦合振动数值分析算法：利用强大的有限元通用软件ANSYS，对车辆、桥梁分别独立进行建模，根据车辆模型特性以及车桥接触位移协调条件来求解任意时刻车桥之间相互作用力，并利用APDL编程语言在任意时刻施加于桥梁及车辆相关节点，基于ANSYS单一环境实现了车桥耦合振动问题的数值求解。通过与既有文献结果的对比及实桥试验验证了该方法在匀速、匀变速、桥面不平整等工况下的可行性。　　（2）基于本文提出的数值算法，开发了公路桥梁车桥耦合振动响应分析系统。该系统只需输入车辆参数及工况整体参数，即可后台调用ANSYS软件计算出任意复杂结构体系桥梁的车桥耦合振动响应，计算完成后自动进行数据处理并生成结果EXCEL图表。系统可同时考虑车辆模型参数（车轴数、弹簧参数、质量参数等）、车辆行驶参数（匀速行驶、匀变速行驶、多车辆以不同速度行驶等）、桥面平整度参数（各种等级桥面）的变化。此分析系统已获得国家计算机软件著作权登记。　　（3）针对不平整桥面的模拟及评价问题、MIDAS与ANSYS的模型转化问题、时程响应曲线的冲击系数分析问题、车内人员在振动环境下的舒适性评价问题等车桥耦合振动研究相关问题，分别开发了相关分析软件并申请计算机软件著作权登记，以满足研究需要，提高工作效率。　　（4）以高墩大跨连续刚构桥为背景，应用已开发的车桥耦合振动响应分析系统，研究了车桥耦合振动中的车体质量、车辆竖向振动基频、车辆数量、桥面平整度等级、车辆行驶速度、车辆行驶加速度等参数独立变化时，桥梁主梁及桥墩控制截面的挠度冲击系数、弯矩冲击系数、竖向加速度峰值以及车辆竖向加速度峰值的变化规律。　　（5）以4座大跨连续体系桥梁的结构尺寸为原型，虚拟了32座跨径80～200m，墩高0～100m的连续体系桥梁。通过正交试验，对单车辆行驶过桥工况和多车辆行驶过桥工况分别进行了桥梁控制截面的挠度冲击系数、弯矩冲击系数、竖向加速度峰值以及车辆的竖向加速度峰值的敏感性参数分析。给出了总跨数、墩高、中跨跨径、桥面平整度等级、桥墩构造、车辆行驶速度、车辆竖向振动基频、车辆行驶间隔时间（单车辆行驶工况不考虑）、车道间错位（单车辆行驶工况不考虑）等影响因素对桥梁各项动态响应参数的影响及其变化规律。　　（6）对14座桥梁在不同车速、不同桥面平整度等级下的车桥耦合振动响应进行了分析计算，根据计算结果进行了主梁冲击系数、桥墩冲击系数、主梁跨中竖向加速度峰值、车辆驾驶员处竖向加速度峰值等计算公式的数值回归。各回归公式中除桥梁结构的基频外，考虑了对耦合振动影响明显的桥面平整度参数，弥补了现行规范中对桥面平整度参数考虑不足的情况。提出了单车辆对墩顶顺桥向位移及墩底弯矩的激扰频率计算方法和多车辆作用下的车流激扰频率计算方法，可对桥墩是否与车辆（车流）发生共振进行定性的判断。
作者：	蒋培文
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	贺拴海
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文