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大跨度公路桥梁车桥耦合振动响应研究
| 论文题名： | 大跨度公路桥梁车桥耦合振动响应研究 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;车桥耦合振动;数值积分法;动力响应;公路桥梁 |
| 摘要： | 近年来，随着交通事业的发展，桥梁车辆通过密度日益增加、荷载逐渐加重，车速也在的不断提高，致使桥梁结构处于十分繁忙的超负荷状态之中。同时，为适应公路交通和桥梁事业的发展，桥梁结构的设计也在向大跨度、轻型和柔性的方向发展，这就使得车辆与结构的动力相互作用问题越来越受到人们的重视。一方面，高速行驶的车辆对所通过的桥梁产生动力冲击作用，直接影响其工作状态和使用寿命；另一方面，桥梁的振动又对运行车辆的安全性和平稳性产生影响。尽管车桥耦合振动问题一般不会导致桥梁结构的整体破坏，但是车辆的通过密度和荷载的增加通常引起桥梁的振动，从而使桥梁构件出现疲劳、老化、开裂等问题，桥梁结构性能不断劣化，增加桥梁养护费用。所以研究大跨度桥梁的车致振动问题将有助于人们更好地完善桥梁结构设计、规范车辆荷载、控制车辆通行速度并提高桥梁使用寿命，是合理进行桥梁结构设计的工程实际需要，对结构工程学科的发展也具有十分重要的理论和实际意义。 本文以鄂黄长江大桥为工程背景，对车列作用下的桥梁结构动态响应进行了动力仿真研究与计算。主要研究内容包括： （1）综述车桥振动研究的国内外动态，阐述对车-桥耦合振动系统进行分析研究的必要性。 （2）采用有限元非线性分析理论和方法对大跨度斜拉桥桥梁结构进行静力分析，通过调整斜拉索张拉力建立了结构合理的初始成桥状态，并研究桥梁结构动力特性；将桥上运行的车辆模拟成2轴6自由度且具有3个质量的车辆，并组成车列，运用达朗贝尔原理建立车辆阵列的运动方程。 （3）推导出车一桥耦合动力平衡方程，将整个车桥系统在车轮和桥梁接触处划分为车辆、桥梁两个子系统，通过车轮和桥梁接触点处力的平衡条件和位移协调条件建立车桥系统动力方程。通过基于桥面随机不平顺的车桥耦合单元建立包含车列振动和结构振动的耦合系统，并用数值积分法求解该耦合系统的动力学方程。 （4）分别从汽车通过桥梁时的速度、车辆的个数、车辆的偏载等几个方面研究了斜拉桥结构各关键点处的竖向位移、水平位移和斜拉索索力等动力响应问题。 研究成果对桥梁结构设计及桥梁营运安全具有理论指导意义和实际应用价值。 |
| 作者： | 胡晓燕 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 徐长生 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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