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原文传递移动荷载作用下桥梁的振动理论及非线性研究

论文题名：	移动荷载作用下桥梁的振动理论及非线性研究
关键词：	桥梁振动;几何非线性;动力行为;高墩桥梁;移动荷载;简支梁
摘要：	本文研究工作结合铁道部计划发展项目和西南交通大学基础科学研究基金项目进行。论文工作分为两部分，第一部分为移动荷载作用下简支梁、连续梁振动理论的研究，第二部分为几何非线性对高墩和高墩桥梁动力行为影响的研究。移动荷载作用下简支梁振动理论的研究主要考虑三个问题：(1)推导了二分之一车辆模型作用下简支梁的车桥耦合振动方程，利用MATLAB的数值计算功能，结合Ruge-Kutta法微分方程数值求解原理，编制了基于ODE系列函数求解系统运动方程组的二次开发函数，较好地对车桥耦合振动问题进行数值求解。与Nemark-β法相比较，在保证精度的前提下，较大地缩短了计算所需的时间；(2)在建立简支梁移动荷载作用下的车桥耦合振动力学模型的基础上，从系统仿真的角度出发，建立了车桥耦合振动作用下简支梁动态响应的仿真模型，进而实现了移动荷载作用下桥梁的系统仿真。将仿真实验结果与数值求解所得结果相比较，在保证计算精度的同时，更具有快速、简单和灵活的显著特点。且能将该系统仿真方法推广到其它梁桥；(3)在模拟轨道不平顺的基础上，通过建立车-桥-TMD动力系统振动方程，研究了编组列车过桥时TMD的控制效应、列车过桥时速度对桥梁挠度的影响和TMD对乘坐舒适性的影响，并给出了不同质量比下TMD控制的效果对比曲线，提出了中小跨度桥梁的建议最佳质量比。最后讨论了MTMD对桥梁振动的控制效果。在连续梁振动理论的研究中，本文提出了根据哈密顿原理，应用插值振型函数法来研究多跨连续梁在移动荷载作用下车桥耦合振动的动态响应。经实例讨论分析，给出了多跨连续梁在不同速度移动荷载作用下的数值结果。分析表明，该方法具有很好的收敛性和很高的精度。且通过对结果的分析讨论，得到了多跨连续梁在移动荷载作用下的一些规律。在第二部分几何非线性对高桥墩动力行为的影响研究中，论文以某新线大桥设计方案中的一高桥墩为研究对象，根据其竖向梯度约为50：1的情况把其简化为等截面的高墩作为计算的动力模型，并考虑成桥状态下梁部结构对墩的质量效应和梁部结构与高墩的刚度耦联作用。在此基础上导出了计及轴力及内力素方向改变所致非线性项的高桥墩非线性振动方程，经实例计算分析，讨论了几何非线性对高桥墩动力行为的影响，并将其分析结果与线性结果和非自治系统受迫振动的非线性分析进行了比较。研究的方法及结果可推广到电视塔、水塔、烟囱等高耸结构的计算分析中去。为了对高墩桥梁的动力行为作进一步的研究，本文在第五章中又以方案中的高墩连续梁桥为研究对象，建立了模拟车梁荷载作用下的梁墩体系的动力分析模型，研究列车过桥时梁-墩体系的动力行为，分析了在考虑高墩几何非线性情况下列车过桥时大跨高墩桥梁的动态响应问题。研究结果表明，以模拟车荷载作用下的梁-墩体系分析模型计算所得的非线性结果与线性分析结果表明，墩顶在竖桥向和纵桥向的线性和非线性的结果基本相同。而在横桥向，其墩顶的位移变化线性和非线性结果有一定的差异，但数值相差不大，非线性的影响较小，远没有以单墩为分析模型时计算所得的结果影响大。但当车速较大时(如120km/h)墩顶位移在线性和非线性情况下的波动有较大的不同，非线性情况下墩顶的位移波动似有拍振现象。通过论文第二部分的研究，认为在高桥墩桥的初步设计中，一般可以将其作为线性系统来考虑。但在技术设计中有必要作非线性分析，特别是要考虑墩顶位移的控制和外扰动频率可能出现的范围等情况。
作者：	沈火明
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	赵人达
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文