车辆—柔性索道桥非线性动力分析与振动控制研究
发布时间：2021-10-24 13:54
索道桥目前广泛应用于旅游景点、临时工程和军事交通等工程中,车辆荷载作用下索道桥的振动问题引起了重视。车辆—索道桥系统本质上是一个时变动力系统,在移动车辆荷载的作用下索道桥自身会表现出强几何非线性,因此车辆—柔性索道桥系统不但具有时变性,还具有强几何非线性。然而,目前关于车辆—索道桥耦合振动的研究鲜少。本文以一座实际公路索道桥为工程背景,开展了车辆—柔性索道桥非线性动力分析与振动控制研究,主要研究工作如下:1)提出了一种用于车辆—柔性索道桥系统动力分析的非线性有限元分析法。将车辆和索道桥作为一个整体式系统,基于UL列式和虚功原理,建立车辆—柔性索道桥系统增量形式的非线性运动方程。在增量方程中,对车辆子系统、索道桥子系统和车—桥相互作用子系统的特征矩阵进行了详细的推导。由于车辆—柔性索道桥动力系统与传统非线性结构有较大不同,因此本文对该系统的非线性特征进行了详细的剖析。基于此特殊性,根据Wilson—θ法联合Newton—Raphson迭代法,提出了一种求解时变非线性系统动力响应的迭代算法和针对车辆—柔性索道桥系统动力分析的通用计算程序。采用三个典型的算例对该方法的有效性进行了验证,并分析...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
索道桥
1第1章绪论1.1研究背景及意义近些年，随着中国经济的不断发展和建设，国家公路、铁路网的逐步完善，我国山区道路、桥梁、隧道和水利水电工程逐渐增多。在各工程项目施工时，索道桥[1-3]作为临时工程也变得越来越多。同时，由于山区环境条件复杂，时有山体滑坡、泥石流和地震等自然灾害发生。为抢险救灾，拯救人民的生命财产，保障山区河流及峡谷两岸的正常通行，常建造起连接作用的临时用索道桥。图1.1为我国山区某水电站工程用索道桥。索道桥能适应各种复杂地形，是一种具有施工成本低、建设周期短、便于建造和维护等优点的柔性桥梁。索道桥在山区峡谷、河流两岸和景区应用较为广泛，一般行人和轮式车辆均可通行，战时还可供履带车通过，便于物资运输。相对于其他类型的桥梁，索道桥在建设成本、施工速度以及适用性上均具有明显的优势，因此对索道桥的研究具有重要的工程实用价值。图1.1索道桥图1.2缆车索道桥不同于其他类型的桥梁，其主要承重构件为柔性索结构，具有质量轻，柔性大的特点。因此，车辆—柔性索道桥动力系统不但具有时变性，还具有强几何非线性。车辆—索道桥动力系统与缆车在钢索上滑行有些类似，系统柔性较大，如图1.2所示。假如采用一般的车—桥耦合分析方法，其计算结果必然与实际存在较大差异，因此对车辆—柔性索道桥动力系统进行非线性分析就显得尤为重要。当前，对于柔性结构非线性的计算和研究始终是世界各国力学
27在有限元模型中对索道桥的模拟采用等效索的形式，即采用一根等效索来模拟索道桥。该有限元模型同样分析索道桥在移动集中力作用下的动力响应。有限元模型如图2.7所示，以左侧桥台为坐标原点，水平轴为x轴，竖直轴为y轴建立有限元模型。该模型采用ABAQUS内部单元T3D3单元模拟等效索，T3D3单元可用于分析大垂度索结构，可考虑结构的强非线性。索道桥主跨为100m，两侧锚固点分别固结，质量线密度为m=2.518×104kg/m，将索道桥划分为801个节点，共400个单元。计算模型同样分为两个工况。工况一：索道桥垂度为f=2.76m，刚度EA=2.925×109kN/m2；工况二：索道桥垂度为f=3.108m，刚度EA=1.842×108kN/m2。图2.7移动集中力作用下索道桥ABAQUS有限元模型（3）模型对比验证在结构动力特性分析中，频率可以体现结构自身的固有特性，因此往往被选为进行模型对比的参数。本节将首先分别对比两种模型计算得到的固有频率，然后计算在移动荷载作用下两种模型中索道桥的动力响应，并进行对比分析。在MATLAB数值分析模型中，根据特征值分析法求得索道桥的前7阶竖向振动固有频率，将计算结果列于表2.1中。根据相同的设计参数，利用ABAQUS建立索道桥有限元模型，通过模态分析得到索道桥的竖向振动固有频率同样列入表2.1中，这里还给出ABAQUS建立的有限元模型前6阶模态振型，如图2.8所示。表2.1MATLAB及ABAQUS分析模型索道桥竖向固有频率对比频率阶数MATLAB（Hz）ABAQUS（Hz）差值百分比（%）10.65150.6251-4.2320.86950.8314-4.5931.13561.1292-0.5741.29651.2536-3.4251.58761.58790.0261.86311.88140.9772.13302.20083.08
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度斜拉桥多尺度有限元模型及其修正[J]. 肖祥,鄢宇,何佳,陈波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]电涡流调谐质量阻尼器在钢-混凝土组合楼盖振动控制中的应用研究[J]. 陈政清,黄智文,田静莹. 建筑结构学报. 2015(S1)
[3]基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究[J]. 汪志昊,华旭刚,陈政清,王旭,王朝阳. 振动与冲击. 2014(20)
[4]桥梁用TMD的基本要求与电涡流TMD[J]. 陈政清,黄智文,王建辉,牛华伟. 湖南大学学报(自然科学版). 2013(08)
[5]永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验[J]. 汪志昊,陈政清. 振动工程学报. 2013(03)
[6]新型电磁阻尼器性能初步研究[J]. 朱坤,邹向阳,王晓天. 世界地震工程. 2009(04)
[7]磁流变阻尼器在洪山大桥拉索减振中的应用[J]. 陈政清,曹宏,禹见达,王修勇. 中南公路工程. 2005(04)
[8]电磁耗能TMD结构减震效率的振动台试验研究[J]. 楼梦麟,吴和霖,马恒春,朱彤,方重. 地震工程与工程振动. 2003(04)
[9]基于UL列式的两节点悬链线索元非线性有限元分析[J]. 杨孟刚,陈政清. 土木工程学报. 2003(08)
[10]两节点曲线索单元精细分析的非线性有限元法[J]. 杨孟刚,陈政清. 工程力学. 2003(01)
博士论文
[1]车—桥（线）耦合空间振动分析与应用[D]. 肖祥.中南大学 2011
硕士论文
[1]现代索道桥结构分析[D]. 袁宾.重庆交通大学 2014
[2]大跨度索道桥力学性能分析及可靠度研究[D]. 郑益龙.兰州交通大学 2010
本文编号：3455400
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
索道桥
1第1章绪论1.1研究背景及意义近些年，随着中国经济的不断发展和建设，国家公路、铁路网的逐步完善，我国山区道路、桥梁、隧道和水利水电工程逐渐增多。在各工程项目施工时，索道桥[1-3]作为临时工程也变得越来越多。同时，由于山区环境条件复杂，时有山体滑坡、泥石流和地震等自然灾害发生。为抢险救灾，拯救人民的生命财产，保障山区河流及峡谷两岸的正常通行，常建造起连接作用的临时用索道桥。图1.1为我国山区某水电站工程用索道桥。索道桥能适应各种复杂地形，是一种具有施工成本低、建设周期短、便于建造和维护等优点的柔性桥梁。索道桥在山区峡谷、河流两岸和景区应用较为广泛，一般行人和轮式车辆均可通行，战时还可供履带车通过，便于物资运输。相对于其他类型的桥梁，索道桥在建设成本、施工速度以及适用性上均具有明显的优势，因此对索道桥的研究具有重要的工程实用价值。图1.1索道桥图1.2缆车索道桥不同于其他类型的桥梁，其主要承重构件为柔性索结构，具有质量轻，柔性大的特点。因此，车辆—柔性索道桥动力系统不但具有时变性，还具有强几何非线性。车辆—索道桥动力系统与缆车在钢索上滑行有些类似，系统柔性较大，如图1.2所示。假如采用一般的车—桥耦合分析方法，其计算结果必然与实际存在较大差异，因此对车辆—柔性索道桥动力系统进行非线性分析就显得尤为重要。当前，对于柔性结构非线性的计算和研究始终是世界各国力学
27在有限元模型中对索道桥的模拟采用等效索的形式，即采用一根等效索来模拟索道桥。该有限元模型同样分析索道桥在移动集中力作用下的动力响应。有限元模型如图2.7所示，以左侧桥台为坐标原点，水平轴为x轴，竖直轴为y轴建立有限元模型。该模型采用ABAQUS内部单元T3D3单元模拟等效索，T3D3单元可用于分析大垂度索结构，可考虑结构的强非线性。索道桥主跨为100m，两侧锚固点分别固结，质量线密度为m=2.518×104kg/m，将索道桥划分为801个节点，共400个单元。计算模型同样分为两个工况。工况一：索道桥垂度为f=2.76m，刚度EA=2.925×109kN/m2；工况二：索道桥垂度为f=3.108m，刚度EA=1.842×108kN/m2。图2.7移动集中力作用下索道桥ABAQUS有限元模型（3）模型对比验证在结构动力特性分析中，频率可以体现结构自身的固有特性，因此往往被选为进行模型对比的参数。本节将首先分别对比两种模型计算得到的固有频率，然后计算在移动荷载作用下两种模型中索道桥的动力响应，并进行对比分析。在MATLAB数值分析模型中，根据特征值分析法求得索道桥的前7阶竖向振动固有频率，将计算结果列于表2.1中。根据相同的设计参数，利用ABAQUS建立索道桥有限元模型，通过模态分析得到索道桥的竖向振动固有频率同样列入表2.1中，这里还给出ABAQUS建立的有限元模型前6阶模态振型，如图2.8所示。表2.1MATLAB及ABAQUS分析模型索道桥竖向固有频率对比频率阶数MATLAB（Hz）ABAQUS（Hz）差值百分比（%）10.65150.6251-4.2320.86950.8314-4.5931.13561.1292-0.5741.29651.2536-3.4251.58761.58790.0261.86311.88140.9772.13302.20083.08
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度斜拉桥多尺度有限元模型及其修正[J]. 肖祥,鄢宇,何佳,陈波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]电涡流调谐质量阻尼器在钢-混凝土组合楼盖振动控制中的应用研究[J]. 陈政清,黄智文,田静莹. 建筑结构学报. 2015(S1)
[3]基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究[J]. 汪志昊,华旭刚,陈政清,王旭,王朝阳. 振动与冲击. 2014(20)
[4]桥梁用TMD的基本要求与电涡流TMD[J]. 陈政清,黄智文,王建辉,牛华伟. 湖南大学学报(自然科学版). 2013(08)
[5]永磁式电涡流调谐质量阻尼器的研制与性能试验[J]. 汪志昊,陈政清. 振动工程学报. 2013(03)
[6]新型电磁阻尼器性能初步研究[J]. 朱坤,邹向阳,王晓天. 世界地震工程. 2009(04)
[7]磁流变阻尼器在洪山大桥拉索减振中的应用[J]. 陈政清,曹宏,禹见达,王修勇. 中南公路工程. 2005(04)
[8]电磁耗能TMD结构减震效率的振动台试验研究[J]. 楼梦麟,吴和霖,马恒春,朱彤,方重. 地震工程与工程振动. 2003(04)
[9]基于UL列式的两节点悬链线索元非线性有限元分析[J]. 杨孟刚,陈政清. 土木工程学报. 2003(08)
[10]两节点曲线索单元精细分析的非线性有限元法[J]. 杨孟刚,陈政清. 工程力学. 2003(01)
博士论文
[1]车—桥（线）耦合空间振动分析与应用[D]. 肖祥.中南大学 2011
硕士论文
[1]现代索道桥结构分析[D]. 袁宾.重庆交通大学 2014
[2]大跨度索道桥力学性能分析及可靠度研究[D]. 郑益龙.兰州交通大学 2010
本文编号：3455400
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