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基于分离迭代法的汽车—连续体系梁桥时变系统耦合振动研究

发布时间:2018-07-20 12:42
【摘要】:近年来,随着交通量的增加、行车速度的提高和车辆重载化趋势的增强,汽车与桥梁之间的相互耦合作用问题日益突出。同时,连续体系梁桥(包括连续梁桥和先简支后连续梁桥)在公路桥梁中应用广泛,其车桥耦合动力响应及影响因素需要深入研究。另外,由于特殊的施工工艺,先简支后连续梁桥的受力和刚度分布在体系转换过程中不断变化,其最终成桥状态与相应的连续梁桥存在着差异,连续梁桥和先简支后连续梁桥的车桥耦合动力响应及其影响因素的对比分析值得探讨。因此,本文根据分离迭代法的车桥耦合振动分析理论,采用ANSYS软件的APDL语言编制汽车—连续体系梁桥耦合系统振动分析有限元程序,以连续体系梁桥为依托工程,对比分析了连续梁桥和先简支后连续梁桥的车桥耦合动力响应及其影响因素。主要研究内容如下:1.建立汽车—连续体系梁桥耦合系统的动力分析模型运用ANSYS软件建立连续体系梁桥(包括连续梁桥和先简支后连续梁桥)的动力分析模型;将汽车离散为由弹簧和阻尼器连接的多刚体体系,以三轴六轮汽车为例,介绍了建立汽车空间振动分析模型所需的主要参数,汽车模型考虑9个自由度;将桥面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MATLAB语言编制程序模拟其样本值。2.推导汽车—连续体系梁桥耦合系统的振动方程将车辆和桥梁以车轮与桥面接触处为界分为车辆与桥梁两个子系统,基于分离迭代法的车桥耦合振动理论,通过车轮与桥面接触处的位移协调与车桥相互作用力的平衡条件相联系,分别建立起车桥耦合系统中车辆与桥梁的振动方程。3.编制汽车—连续体系梁桥耦合系统振动分析程序基于分离迭代法的车桥耦合振动分析理论,采用ANSYS软件的APDL语言编制汽车—连续体系梁桥耦合系统振动分析程序,并通过计算实例验证程序的可靠性。算例中,汽车采用由弹簧和阻尼元件连接的多刚体模型,采用Newmark-β法求解汽车和桥梁的运动方程,经循环迭代得到汽车和桥梁的动力响应。4.连续梁桥的车桥耦合振动分析以某连续梁桥为研究对象,采用三轴汽车模型,运用自编程序计算汽车-连续梁桥耦合系统的动力响应,研究车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、路面等级、汽车悬架刚度、汽车悬架阻尼、轮胎刚度、轮胎阻尼及车速等因素对车桥动力响应的影响,并对桥梁的振动响应和汽车的运行安全性进行分析评价。5.先简支后连续梁桥的车桥耦合振动分析以与上述连续梁桥具有相同截面特性的先简支后连续梁桥为研究对象,提出先简支后连续梁桥动力分析模型,该模型在没有划分施工阶段的前提下可以考虑先简支后连续梁桥的受力特点及成桥状态与连续梁桥的差异。对该桥进行车桥耦合振动响应及影响因素分析,并与连续梁桥的车桥动力响应进行对比。
[Abstract]:In recent years, with the increase of traffic volume, the increase of driving speed and the increasing trend of vehicle overload, the interaction between vehicle and bridge is becoming more and more important. At the same time, continuous system beam bridges (including continuous beam bridges and simple supported and then continuous girder bridges) are widely used in highway bridges. The vehicle-bridge coupling dynamic response and its influencing factors need to be deeply studied. In addition, due to the special construction technology, the force and stiffness distribution of the simple supported and then continuous beam bridges are constantly changing in the process of system transformation, and the final state of the bridge is different from the corresponding continuous beam bridges. The comparative analysis of the vehicle-bridge coupling dynamic response and its influencing factors between the continuous beam bridge and the first supported and then continuous beam bridge is worth discussing. Therefore, according to the theory of vehicle-bridge coupling vibration analysis based on the separated iteration method, the finite element program of vibration analysis of vehicle-continuous system beam bridge coupling system is compiled by APDL language of ANSYS software, which is based on continuous system beam bridge engineering. The vehicle-bridge coupling dynamic response and its influencing factors of continuous beam bridge and simple supported continuous beam bridge are compared and analyzed. The main research contents are as follows: 1. The dynamic analysis model of vehicle-continuous system beam bridge coupling system is established. The dynamic analysis model of continuous system beam bridge (including continuous beam bridge and continuous beam bridge with simple support and then continuous beam bridge) is established by ANSYS software. The vehicle is discretized as a multi-rigid body system connected by spring and damper. Taking a three-axle six-wheel vehicle as an example, the main parameters needed to establish the vehicle spatial vibration analysis model are introduced. Nine degrees of freedom are considered in the vehicle model. The bridge deck irregularity is regarded as a stationary random process. After selecting its power spectral density function, the triangular series method is used to simulate the sample value by MATLAB language. The vibration equation of vehicle-continuous system beam-bridge coupling system is derived. The vehicle and bridge are divided into two subsystems: vehicle and bridge. The theory of vehicle-bridge coupling vibration is based on the separation iteration method. The vibration equation of vehicle and bridge in the vehicle-bridge coupling system is established by the relationship between the displacement coordination between the wheel and the bridge deck and the equilibrium condition of the vehicle-bridge interaction force. The vibration analysis program of vehicle-continuous system beam-bridge coupling system is compiled. Based on the theory of vehicle-bridge coupling vibration analysis based on the separation iteration method, the vibration analysis program of vehicle-continuous system beam-bridge coupling system is compiled by using APDL language of ANSYS software. The reliability of the program is verified by an example. As an example, the multi-rigid body model connected by spring and damping element is used to solve the motion equation of automobile and bridge by Newmark- 尾 method. The dynamic response of automobile and bridge is obtained by cyclic iteration. The vehicle-bridge coupling vibration analysis of continuous beam bridge takes a continuous beam bridge as an object of study, adopts a three-axle vehicle model, calculates the dynamic response of the vehicle-continuous beam bridge coupling system by using a self-compiled program, studies the number of vehicles, vehicle spacing, and different lanes. The effects of the factors such as vehicle heading, pavement grade, vehicle suspension stiffness, vehicle suspension damping, tire stiffness, tire damping and speed on the dynamic response of vehicle-bridge are analyzed and evaluated. The analysis of vehicle-bridge coupling vibration of the first simply supported and then continuous beam bridge is based on the dynamic analysis model of the first simply supported and then continuous beam bridge with the same cross-section characteristics as the above continuous beam bridge. On the premise of not dividing the construction stage, the model can take into account the stress characteristics of simply supported and then continuous beam bridges and the difference between the completed state and the continuous beam bridges. The vibration response of the bridge and vehicle-bridge coupling and its influencing factors are analyzed, and the dynamic response of the bridge is compared with that of the continuous beam bridge.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U441.3

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本文编号:2133549

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