曲线连续梁桥车桥耦合振动及车辆舒适性研究

发布时间：2020-03-22 13:01

【摘要】：公路曲线连续梁桥作为一种被广泛使用的桥型,其车桥系统的动力特性及车辆舒适性理应得到重视,但与直线桥相比,曲线桥的车桥耦合振动及车辆舒适性研究相对比较滞后。因此,这方面研究具有重要的理论意义和工程价值。在总结了大量相关文献,梳理了课题创新与发展的脉络后,确定了本文的研究方向。论述了桥梁车辆的建模方法并进行了验证,在此基础上以实际桥梁为工程背景,建立了某曲线桥三维有限元模型,并建立了9自由度车辆模型。使用傅里叶逆变换法模拟路面不平度。分别对车桥建立振动微分方程,在求解时通过位移和力的协调条件进行耦合,采用Newmrak-β法,以有限元软件ANSYS为运算平台,编制APDL迭代命令流对方程进行求解,并对计算结果进行分析归纳,得到以下结论:(1)相比单车过桥,多车过桥时桥梁的位移和内力会减小,具体规律与桥梁跨度和车距有关。(2)桥梁各方向振动和车辆各项动力响应均受桥梁曲率半径影响较大,它们表现出共同的规律,即曲率半径越小,动力响应越大,且当曲率半径小于150m时,桥梁动力响应受曲率半径影响更显著,半径大于150m时,曲率半径的影响则趋于减弱。曲率半径对桥梁扭转角的影响主要体现在静扭转角上,对冲击系数影响较小。(3)随着车速的增大,桥梁竖向和扭转振动响应总体呈现增大的趋势,并在30m/s车速附近有突增现象。桥梁横向振动位移随着车速的增大而近似线性增大。随着车速的增大,车辆的安全性迅速降低,舒适性则没有体现出明显规律。(4)随着车辆作用位置由曲线内侧移至曲线外侧,桥梁的竖向振动及跨中弯矩呈现增大的趋势,而桥梁的扭转振动和跨中扭矩则随着车辆偏心距数值的增大而增大。车辆安全性与舒适性也随着车辆作用位置由内侧移至外侧而变差,但影响相对较小。
【图文】：

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教授[12]、陈英俊教授[13]从研究，做出了许多总结性一车辆模型，提出了车辆对微分方程进行了数值求解的 Nemark-β 法，他们的间，并且，使用这种方法。在此基础上，他们编制的结果进行对比，其准确张楠、夏禾[16,17]，多年来析方法进行了系统的总结迭代法，，来求解车桥耦合统的全过程计算，每一步一步迭代前叠加桥面运动件，输出数值解。此方法了计算的收敛，提高了软

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M. Ichikawa 等[29]对 Euler-Bernoulli 多跨等截面连续梁进行了模态分析，使用直接积分法求解了匀速移动质量作用下的动力微分方程，并评价了连续梁的惯性和移动速度对连续梁动力响应的影响，对三种具有均匀跨距的连续梁进行了动力特性评价。但使用直接积分法求解系统动力微分方程并不能很好地体现出车辆与桥梁子系统间的相互耦合。X. Q. Zhu,和 S. S.Law[30]对双轴车建立了 7 自由度模型，研究了匀速车辆对曲线桥的冲击效应，他们考虑正交异性板理论，分别在单车、多车作用，以及不同车道上车辆荷载作用的情况下，对曲线连续梁桥的桥面板使用模态叠加技术，计算了桥面板的振动。后来他们[31]建立了以欧拉-伯努利梁为基础的曲线连续梁模型，采用大刚度弹性支承，使用等距移动力来模拟车流作用，对变截面梁的振动进行了计算求解。在国内，黄新艺[32]基于剪力柔性梁格理论提出了适用于曲线梁桥动力分析的三梁式模型，如图 1.3 所示。他使用这种模型计算了一座曲线梁桥的车致振动，并与实桥试验得到的实验数据进行对比，得出了很多有价值的结论。黄新艺还研究了变速移动荷载作用的情况。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441.3

【参考文献】