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斜拉桥拉索的索-梁相关振动研究
| 论文题名： | 斜拉桥拉索的索-梁相关振动研究 |
| 关键词： | 铁路斜拉桥;拉索结构;梁结构;耦合振动 |
| 摘要： | 斜拉索具有刚度小、阻尼小、质量小的特点，容易在各种激励作用下发生振动，影响桥梁结构的安全。本文结合拉索非线性振动的理论方法与有限元方法，以实际工程为背景，主要研究了铁路斜拉桥在外部动力荷载作用下索-梁相关振动的特性，为斜拉桥的分析与设计提供参考。 第2章，为了研究单根拉索的振动特性，考虑拉索大幅振动各阶模态的耦合效应，推导了有垂度拉索在三维空间中大幅振动的理论方程。使用多尺度方法讨论了拉索振动方程的性质，分析拉索大幅非线性振动的特性。编制计算程序，使用数值方法计算了拉索非线性振动方程，验证了理论方法的分析结果。 第3章，建立了基于单元流动坐标系（CR列式）的非线性静力算法与动力时程积分算法，开发了非线性静、动力有限元计算程序，使用ANSYS验证了程序的正确性与可靠性，程序适用于拉索大幅度非线性振动的研究。 第4章，根据某实际斜拉桥的拉索参数，使用本文程序建立有限元模型，讨论了拉索垂度、抗弯刚度、大幅振动状态对拉索振动特性的影响，计算拉索在端点位移激励作用下的非线性振动时程，通过和理论方程数值计算结果的对比，验证了理论方程的可靠性与适用性，为开发本文有限元程序的“索动力单元”奠定了理论基础。 第5章，定义了本文“索-梁相关振动”的概念，认为其主要包含了拉索的强迫振动与参数振动这两种形式。结合拉索振动的理论方程与有限元方法，开发了“索动力单元”。使用本文程序构建了较为简单的索-梁相关振动有限元模型，用索动力单元模拟斜拉索，通过分析计算结果，总结了结构发生索-梁相关振动时的本质规律，为斜拉桥全桥索-梁相关振动研究建立了关键性的理论与技术基础。 第6，7章，讨论了本文使用的车桥耦合振动计算方法。基于拉索非线性振动理论方法、有限元方法、车桥耦合振动算法，使用本文程序，构建了某实际铁路斜拉桥的全桥有限元模型，拉索使用索动力单元模拟。首先，讨论了各个拉索自振频率与全桥自振频率的匹配关系，分析拉索发生共振的可能性;然后，分别讨论了斜拉桥在自由振动、理想外激励作用的情况下发生大幅度索-梁相关振动时的振动特性;根据本文的分析结果，讨论了在列车不同工况的作用下，铁路斜拉桥索-梁相关振动的特性，研究结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥，列车在设计速度范围内经过桥梁时，索-梁相关振动导致拉索发生大幅度振动的可能性较小。最后，总结本文研究结果，提出了在斜拉桥设计中的避免索-梁相关振动导致拉索大幅振动的参考原则。 |
| 作者： | 王涛 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 沈锐利 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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