考虑列车-矮塔斜拉桥耦合振动的桥梁动力学行为研究
发布时间：2022-10-17 12:40
高速列车过桥时会引起桥梁结构的振动,同时桥梁结构的振动反过来也会影响到桥上车辆的振动,这种相互作用的问题称之为车桥耦合振动问题。当列车行驶在桥上时,不仅引起了桥梁结构的振动,同时其动力效应能够增大列车对桥梁的荷载效应,加剧对桥梁结构的破坏,这种振动问题随着车速的增大而增大。近年来,随着高速铁路的大量修建,大跨度桥梁被广泛应用,因此对列车过桥时引起的桥梁振动问题越来越被关注。矮塔斜拉桥的力学性能介于连续梁（连续刚构）与普通斜拉桥之间,矮塔斜拉桥的斜拉索与预应力混凝土体外预应力相似,能够极大的减小拉索的应力变幅,同时拉索的竖向分力可以平衡梁体自重引起的荷载,达到减小主梁高度的目的,水平分力可以更好的抵消主梁靠近桥塔附近梁段的负弯矩引起的拉力,加之具有良好的美观效果,在近年来高速铁路、城际轨道等线路的桥梁工程中不断被采用,同时160~300m跨度范围内,采用预应力混凝土的矮塔斜拉桥具有较强的竞争优势。因此开展对铁路矮塔斜拉桥在车致振动下的力学行为研究具有现实意义。本文基于车-桥耦合振动理论和结构有限元理论,建立了可以分析车致振动下桥梁结构内力行为的动力学模型,针对矮塔斜拉桥开展了以下研究工作...
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 高速铁路迅速发展
1.1.2 桥梁在高铁建设中占比日益增大
1.1.3 车致振动问题日益突出
1.2 车-桥耦合振动研究综述
1.2.1 车-桥耦合振动国外研究现状
1.2.2 车-桥耦合振动国内研究现状
1.3 矮塔斜拉桥研究现状
1.3.1 铁路大跨桥梁的跨度极限
1.3.2 矮塔斜拉桥在国内外的发展
1.3.3 矮塔斜拉桥研究现状
1.4 现有研究存在的不足及本文研究内容
1.4.1 现有研究存在的不足
1.4.2 本文研究内容
1.4.3 本文研究技术路线
2 考虑列车-矮塔斜拉桥耦合作用的分析模型建立
2.1 车-桥耦合动力学系统
2.1.1 车辆动力学控制微分方程
2.1.2 桥梁柔性体控制微分方程
2.1.3 轮轨接触模型及轮轨力计算
2.2 列车-矮塔斜拉桥动力相互作用分析模型建立
2.2.1 基于结构有限元的单元内力计算
2.2.2 模型建立与验证
2.3 车辆通过矮塔斜拉桥时对桥梁结构内力影响分析
2.3.1 主梁弯矩分析
2.3.2 主梁剪力分析
2.3.3 拉索应力分析
2.3.4 内力活载比分析
2.3.5 行车速度对矮塔斜拉桥内力的影响
2.4 不同体系下矮塔斜拉桥内力影响分析
2.4.1 矮塔斜拉桥结构体系特点及模型建立
2.4.2 结果对比分析
2.5 本章小结
3 基于车-桥耦合振动的铁路矮塔斜拉桥冲击系数研究
3.1 冲击系数的计算方法
3.1.1 概念定义法
3.1.2 规范法
3.1.3 试验分析法
3.2 基于车-桥耦合的矮塔斜拉桥冲击系数分析
3.2.1 主梁位移冲击系数
3.2.2 主梁弯矩冲击系数
3.2.3 主梁剪力冲击系数
3.2.4 主梁位移、弯矩、剪力冲击系数的联系
3.2.5 拉索位移/应力冲击系数
3.3 铁路矮塔斜拉桥冲击系数谱
3.3.1 基于概率假设检验理论的冲击系数统计分析
3.3.2 关于竖向基频的冲击系数谱
3.3.3 关于跨度的冲击系数谱
3.3.4 关于行车速度的冲击系数谱
3.3.5 冲击系数谱的讨论
3.4 冲击系数谱的修正
3.4.1 冲击系数谱计算表达式
3.4.2 系数K的取值讨论
3.4.3 系数i的取值讨论
3.4.4 冲击系数谱的讨论
3.5 本章小结
4 斜拉索对矮塔斜拉桥的动力学行为影响分析
4.1 矮塔斜拉桥斜拉索对主梁内力的影响
4.1.1 刚构体系矮塔斜拉桥Ⅰ
4.1.2 刚构体系矮塔斜拉桥Ⅱ
4.1.3 塔梁固结体系矮塔斜拉桥
4.2 拉索失效对矮塔斜拉桥内力的影响
4.2.1 不同位置拉索失效对主梁关键部位弯矩影响
4.2.2 不同位置拉索失效对主梁关键部位剪力影响
4.2.3 不同位置拉索失效对斜拉索应力影响
4.3 斜拉索对主梁冲击系数的影响
4.3.1 对主梁位移冲击系数的影响
4.3.2 对主梁弯矩冲击系数的影响
4.3.3 对主梁剪力冲击系数的影响
4.4 拉索失效对冲击系数的影响
4.4.1 拉索失效对主梁位移冲击系数影响
4.4.2 拉索失效对主梁弯矩冲击系数影响
4.4.3 拉索失效对主梁剪力冲击系数影响
4.4.4 拉索失效对拉索位移/应力冲击系数影响
4.5 本章小结
5 矮塔斜拉桥的参数研究
5.1 设计参数对关键位置力学性能的影响
5.1.1 边中跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.2 桥塔高跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.3 主梁截面高跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.4 斜拉索截面面积对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.5 桥塔刚度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.6 桥墩刚度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.2 基于桥梁车致振动响应的位移效应比
5.2.1 基于车致振动响应的位移效应比的定义
5.2.2 算例
5.2.3 结果讨论
5.3 基于车致振动的索梁活载比
5.3.1 铁路ZK活载作用下的矮塔斜拉桥索梁活载比
5.3.2 矮塔斜拉桥参数对索梁活载比的影响
5.3.3 基于车致振动的索梁活载比定义
5.3.4 基于车致振动的索梁活载比算例及结果分析
5.4 斜拉索荷载效应影响度的矮塔斜拉桥参数分析
5.4.1 矮塔斜拉桥斜拉索荷载效应影响度的定义
5.4.2 不同设计参数下斜拉索荷载效应影响度的分析
5.4.3 矮塔斜拉桥斜拉索荷载效应影响度与索梁活载比的综合分析
5.5 本章小结
结论与展望
本文主要研究成果
进一步研究内容
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]主跨588 m非对称矮塔公铁两用斜拉桥设计研究[J]. 易伦雄. 桥梁建设. 2019(04)
[2]铁路矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J]. 程敏超,虞庐松,李子奇,曹发源,张耀万. 兰州交通大学学报. 2019(02)
[3]轨道不平顺概率模型[J]. 徐磊,翟婉明. 交通运输工程学报. 2018(03)
[4]商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究[J]. 左家强. 铁道工程学报. 2018(06)
[5]多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J]. 刘榕,伍英,丁延书,罗浩. 铁道科学与工程学报. 2018(05)
[6]大跨度铁路钢桁斜拉桥动力特性统计与基频分析[J]. 郭辉,谢华灿,刘晓光,赵欣欣,乐思韬. 钢结构. 2016(11)
[7]大跨径曲线矮塔斜拉桥参数敏感性分析[J]. 徐佰顺,钱永久,李豹,刘国钦,马明. 世界桥梁. 2016(05)
[8]公路桥梁动力冲击系数研究进展[J]. 邓露,王维. 动力学与控制学报. 2016(04)
[9]矮塔斜拉桥不同梁高条件下动力性能分析[J]. 陈念,张磊. 福建交通科技. 2016(03)
[10]列车荷载作用下矮塔斜拉桥索梁振动的相关性[J]. 李小珍,刘桢杰,辛莉峰,刘德军. 西南交通大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]矮塔斜拉桥近似分析方法研究[D]. 宋涛.长安大学 2016
[2]车桥系统随机振动理论与应用研究[D]. 朱艳.西南交通大学 2011
[3]四塔单索面宽幅脊梁矮塔斜拉桥设计关键技术研究[D]. 孙向东.武汉理工大学 2010
[4]车—线—桥耦合系统及车—桥随机振动[D]. 晋智斌.西南交通大学 2007
硕士论文
[1]车—线—桥竖向振动等代解耦研究[D]. 黄博.西南交通大学 2019
[2]铁路矮塔斜拉桥塔跨比及无索区长度的优化研究[D]. 曹发源.兰州交通大学 2018
[3]无索区长度对矮塔斜拉桥结构行为的影响分析[D]. 彭彬.武汉理工大学 2018
[4]高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道路基冻胀影响规律研究[D]. 赵文博.中国铁道科学研究院 2017
[5]不同参数对高速铁路简支梁桥冲击系数影响的研究[D]. 王健强.兰州交通大学 2017
[6]矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[D]. 雷忠伟.东北林业大学 2015
[7]高速铁路矮塔斜拉桥结构参数研究[D]. 张霞忠.兰州交通大学 2013
本文编号：3692084
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 高速铁路迅速发展
1.1.2 桥梁在高铁建设中占比日益增大
1.1.3 车致振动问题日益突出
1.2 车-桥耦合振动研究综述
1.2.1 车-桥耦合振动国外研究现状
1.2.2 车-桥耦合振动国内研究现状
1.3 矮塔斜拉桥研究现状
1.3.1 铁路大跨桥梁的跨度极限
1.3.2 矮塔斜拉桥在国内外的发展
1.3.3 矮塔斜拉桥研究现状
1.4 现有研究存在的不足及本文研究内容
1.4.1 现有研究存在的不足
1.4.2 本文研究内容
1.4.3 本文研究技术路线
2 考虑列车-矮塔斜拉桥耦合作用的分析模型建立
2.1 车-桥耦合动力学系统
2.1.1 车辆动力学控制微分方程
2.1.2 桥梁柔性体控制微分方程
2.1.3 轮轨接触模型及轮轨力计算
2.2 列车-矮塔斜拉桥动力相互作用分析模型建立
2.2.1 基于结构有限元的单元内力计算
2.2.2 模型建立与验证
2.3 车辆通过矮塔斜拉桥时对桥梁结构内力影响分析
2.3.1 主梁弯矩分析
2.3.2 主梁剪力分析
2.3.3 拉索应力分析
2.3.4 内力活载比分析
2.3.5 行车速度对矮塔斜拉桥内力的影响
2.4 不同体系下矮塔斜拉桥内力影响分析
2.4.1 矮塔斜拉桥结构体系特点及模型建立
2.4.2 结果对比分析
2.5 本章小结
3 基于车-桥耦合振动的铁路矮塔斜拉桥冲击系数研究
3.1 冲击系数的计算方法
3.1.1 概念定义法
3.1.2 规范法
3.1.3 试验分析法
3.2 基于车-桥耦合的矮塔斜拉桥冲击系数分析
3.2.1 主梁位移冲击系数
3.2.2 主梁弯矩冲击系数
3.2.3 主梁剪力冲击系数
3.2.4 主梁位移、弯矩、剪力冲击系数的联系
3.2.5 拉索位移/应力冲击系数
3.3 铁路矮塔斜拉桥冲击系数谱
3.3.1 基于概率假设检验理论的冲击系数统计分析
3.3.2 关于竖向基频的冲击系数谱
3.3.3 关于跨度的冲击系数谱
3.3.4 关于行车速度的冲击系数谱
3.3.5 冲击系数谱的讨论
3.4 冲击系数谱的修正
3.4.1 冲击系数谱计算表达式
3.4.2 系数K的取值讨论
3.4.3 系数i的取值讨论
3.4.4 冲击系数谱的讨论
3.5 本章小结
4 斜拉索对矮塔斜拉桥的动力学行为影响分析
4.1 矮塔斜拉桥斜拉索对主梁内力的影响
4.1.1 刚构体系矮塔斜拉桥Ⅰ
4.1.2 刚构体系矮塔斜拉桥Ⅱ
4.1.3 塔梁固结体系矮塔斜拉桥
4.2 拉索失效对矮塔斜拉桥内力的影响
4.2.1 不同位置拉索失效对主梁关键部位弯矩影响
4.2.2 不同位置拉索失效对主梁关键部位剪力影响
4.2.3 不同位置拉索失效对斜拉索应力影响
4.3 斜拉索对主梁冲击系数的影响
4.3.1 对主梁位移冲击系数的影响
4.3.2 对主梁弯矩冲击系数的影响
4.3.3 对主梁剪力冲击系数的影响
4.4 拉索失效对冲击系数的影响
4.4.1 拉索失效对主梁位移冲击系数影响
4.4.2 拉索失效对主梁弯矩冲击系数影响
4.4.3 拉索失效对主梁剪力冲击系数影响
4.4.4 拉索失效对拉索位移/应力冲击系数影响
4.5 本章小结
5 矮塔斜拉桥的参数研究
5.1 设计参数对关键位置力学性能的影响
5.1.1 边中跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.2 桥塔高跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.3 主梁截面高跨比对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.4 斜拉索截面面积对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.5 桥塔刚度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.1.6 桥墩刚度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能的影响
5.2 基于桥梁车致振动响应的位移效应比
5.2.1 基于车致振动响应的位移效应比的定义
5.2.2 算例
5.2.3 结果讨论
5.3 基于车致振动的索梁活载比
5.3.1 铁路ZK活载作用下的矮塔斜拉桥索梁活载比
5.3.2 矮塔斜拉桥参数对索梁活载比的影响
5.3.3 基于车致振动的索梁活载比定义
5.3.4 基于车致振动的索梁活载比算例及结果分析
5.4 斜拉索荷载效应影响度的矮塔斜拉桥参数分析
5.4.1 矮塔斜拉桥斜拉索荷载效应影响度的定义
5.4.2 不同设计参数下斜拉索荷载效应影响度的分析
5.4.3 矮塔斜拉桥斜拉索荷载效应影响度与索梁活载比的综合分析
5.5 本章小结
结论与展望
本文主要研究成果
进一步研究内容
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]主跨588 m非对称矮塔公铁两用斜拉桥设计研究[J]. 易伦雄. 桥梁建设. 2019(04)
[2]铁路矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J]. 程敏超,虞庐松,李子奇,曹发源,张耀万. 兰州交通大学学报. 2019(02)
[3]轨道不平顺概率模型[J]. 徐磊,翟婉明. 交通运输工程学报. 2018(03)
[4]商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究[J]. 左家强. 铁道工程学报. 2018(06)
[5]多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J]. 刘榕,伍英,丁延书,罗浩. 铁道科学与工程学报. 2018(05)
[6]大跨度铁路钢桁斜拉桥动力特性统计与基频分析[J]. 郭辉,谢华灿,刘晓光,赵欣欣,乐思韬. 钢结构. 2016(11)
[7]大跨径曲线矮塔斜拉桥参数敏感性分析[J]. 徐佰顺,钱永久,李豹,刘国钦,马明. 世界桥梁. 2016(05)
[8]公路桥梁动力冲击系数研究进展[J]. 邓露,王维. 动力学与控制学报. 2016(04)
[9]矮塔斜拉桥不同梁高条件下动力性能分析[J]. 陈念,张磊. 福建交通科技. 2016(03)
[10]列车荷载作用下矮塔斜拉桥索梁振动的相关性[J]. 李小珍,刘桢杰,辛莉峰,刘德军. 西南交通大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]矮塔斜拉桥近似分析方法研究[D]. 宋涛.长安大学 2016
[2]车桥系统随机振动理论与应用研究[D]. 朱艳.西南交通大学 2011
[3]四塔单索面宽幅脊梁矮塔斜拉桥设计关键技术研究[D]. 孙向东.武汉理工大学 2010
[4]车—线—桥耦合系统及车—桥随机振动[D]. 晋智斌.西南交通大学 2007
硕士论文
[1]车—线—桥竖向振动等代解耦研究[D]. 黄博.西南交通大学 2019
[2]铁路矮塔斜拉桥塔跨比及无索区长度的优化研究[D]. 曹发源.兰州交通大学 2018
[3]无索区长度对矮塔斜拉桥结构行为的影响分析[D]. 彭彬.武汉理工大学 2018
[4]高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道路基冻胀影响规律研究[D]. 赵文博.中国铁道科学研究院 2017
[5]不同参数对高速铁路简支梁桥冲击系数影响的研究[D]. 王健强.兰州交通大学 2017
[6]矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[D]. 雷忠伟.东北林业大学 2015
[7]高速铁路矮塔斜拉桥结构参数研究[D]. 张霞忠.兰州交通大学 2013
本文编号：3692084
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