冰雪环境下车辆—桥梁动力相互作用分析

发布时间：2020-03-21 16:24

【摘要】：我国幅员辽阔,气候多变,大部分省市道路都会受到积雪、结冰的影响,雪后因车辆与桥面接触条件发生变化引起严重交通事故,桥面的变化对高速公路的通行能力和交通安全的影响受到社会各界普遍关注,桥面积雪、结冰所产生的车辆与桥梁的振动响应问题亟待解决。本文通过实验对桥面积雪、结冰等不同路况的摩擦系数进行测定,采用车辆与桥梁理论公式推导和数值模拟求解相结合的研究方法,建立车桥动力系统模型,对车辆—桥梁动力响应进行分析。主要内容如下:(1)提出冬季桥面摩擦系数的测定方法,分别针对沥青桥面、冰水桥面、积雪桥面和结冰桥面四种不同路况,测定其摩擦系数;通过相同体积法和质量等价法两种方法测量雪密度;为后文中考虑积雪、结冰桥面时模型的建立、分析提供实测数据。(2)借助MATLAB语言建立17个自由度空间车辆简化模型以及桥面不平度模型,基于ANSYS平台建立斜拉桥三维空间有限元模型,分析推导以桥面为界的车辆与桥梁之间相互作用的竖向接触力、侧向接触力平衡关系及位移协调关系,通过数据相互调用,进行车辆与桥梁之间的相互迭代计算,最终实现数值求解。(3)以某独塔双索面双跨式斜拉桥为工程背景,采用ANSYS软件建立斜拉桥的空间有限元模型,在斜拉桥自振特性分析的基础上,以全过程迭代的数值计算方法,分别进行不同车辆速度、车辆质量、车辆数量和车辆间距下斜拉桥动力响应分析及动力冲击系数计算。(4)基于前述单车与多车模型,建立积雪、结冰环境下的车桥动力系统模型,对车辆—桥梁动力响应分析得出:沥青桥面、冰水桥面、积雪桥面和结冰桥面对车辆竖向振动响应以及桥梁的振动响应影响较小,但对车辆的侧向滑动有显著的影响;桥面不平度等级是车辆—桥梁动力系统振动响应的重要影响因素。
【图文】：

九江长江大桥,步行街

到飞速的发展，公路总里程明显提高；桥梁作为公路交通跨越河流、障碍物的部分，为车辆行驶提供了平顺、稳定的桥上线路，确保车辆行驶的安全性以及性。我国幅员辽阔，气候多变，夏季气温高，冬季气温低。气候的四季变化对我国通运输业有显著的影响，特别是冬季雨雪天气的出现，影响人们的衣、食、住、会造成重大的灾害。例如，2014 年 2 月，日本遭受暴雪袭击导致严重灾害；国南方各大省市也遭受了重大雪灾，频频出现的暴雪灾害逐渐成为当前社会普焦点问题。雨雪天气之后，干燥的沥青桥面就会被积水、积雪覆盖，形成冰水桥面、积雪冰桥面。同时桥梁由于悬空，桥体热量易散发，所以桥面温度随空气温度下降较桥面与路面相比积雪更不容易融化，且桥面更容易出现结冰。桥面积雪、结冰路的通行能力和交通安全将产生严重影响。例如，2008 年 1 月，积雪导致交通停长江大桥成步行街（图 1-1）；2010 年 3 月合淮阜高速庄墓大桥货车因桥面结翻事故（图 1-2）；2014 年 2 月郑州彩虹桥上因桥面积雪湿滑导致车辆相撞（图 17 年 12 月淮安某桥上多车相撞，主要是桥面结冰引起（图 1-4）。

侧翻,货车,桥面,积雪

到飞速的发展，公路总里程明显提高；桥梁作为公路交通跨越河流、障碍物的部分，为车辆行驶提供了平顺、稳定的桥上线路，确保车辆行驶的安全性以及性。我国幅员辽阔，气候多变，夏季气温高，冬季气温低。气候的四季变化对我国通运输业有显著的影响，特别是冬季雨雪天气的出现，影响人们的衣、食、住、会造成重大的灾害。例如，2014 年 2 月，日本遭受暴雪袭击导致严重灾害；国南方各大省市也遭受了重大雪灾，频频出现的暴雪灾害逐渐成为当前社会普焦点问题。雨雪天气之后，干燥的沥青桥面就会被积水、积雪覆盖，形成冰水桥面、积雪冰桥面。同时桥梁由于悬空，桥体热量易散发，，所以桥面温度随空气温度下降较桥面与路面相比积雪更不容易融化，且桥面更容易出现结冰。桥面积雪、结冰路的通行能力和交通安全将产生严重影响。例如，2008 年 1 月，积雪导致交通停长江大桥成步行街（图 1-1）；2010 年 3 月合淮阜高速庄墓大桥货车因桥面结翻事故（图 1-2）；2014 年 2 月郑州彩虹桥上因桥面积雪湿滑导致车辆相撞（图 17 年 12 月淮安某桥上多车相撞，主要是桥面结冰引起（图 1-4）。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441.3

【参考文献】