基于元胞随机车流的三维车—桥耦合振动研究

发布时间：2017-03-23 12:22

  本文关键词：基于元胞随机车流的三维车—桥耦合振动研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与铁路桥梁的车-桥耦合振动相比,公路桥由于车辆荷载的随机性以及桥梁自身特点,使得其车-桥耦合振动与铁路桥的车-桥耦合振动有着显著的差异。针对公路桥的这种特点,本着将来可应用或指导实际工程的目的,基于国家自然科学基金项目—“一种基于元胞自动机车流的公路桥三维耦合振动分析方法研究”(项目批准号:51208125),给出了一种可应用于公路桥梁分析的车流-公路桥耦合振动分析方法,具有重要的现实意义,对揭示实际车流作用下车-桥耦合系统动态响应变化规律有重要的理论价值。主要开展了以下工作:引入微观交通流理论-元胞自动机模型,考虑司机驾车行驶时可能采取的行为(加速、减速、刹车、换道)及公路桥上影响车辆行驶的交通规范(安全车距、车辆限速、高速公路最低限速),模拟公路桥梁上的随机车流,给出了不同车流密度情况下的车辆运行状况,并与航测车辆轨迹图对比,验证了分析方法的正确性。基于谐波叠加法,以二维路面谱为基础,从空间路面频率谱出发,拓展到三维空间内的路面谱,给出了三维路面不平度的模拟方法,并将其考虑进公路桥耦合振动分析过程中。基于车流模拟结果和路面不平度模拟结果,结合ANSYS建模技术,建立起ANSYS整体环境下的车流-三维桥耦合振动分析模型,分析模型中的桥梁模型与车辆模型、车辆模型之间均相互独立,通过APDL命令完成随机车流过桥时的耦合振动分析,给出车流-公路桥梁三维耦合振动分析结果,并与理论分析结果对比,验证了方法的正确性。然后,以一混凝土连续箱梁桥为例,模拟了该桥上的随机车流,建立ANSYS整体环境下该桥梁的车流-三维桥耦合振动模型,分析了不同因素(路面不平度,车流密度,限速条件)对车-桥系统振动响应的影响,得到不同行车工况下的分析结果:在相同路面的等级下,相对于单车辆过二维桥的情况,车流-三维桥耦合振动的冲击系数偏小;当车流密度比较大时,不管是中间跨还是边跨的控制截面动挠度峰值,明显大于低密度车流时的情况;随着桥上最大限速的降低,桥梁相应的控制截面动挠度峰值不断变小;最后,论文探讨了车-桥系统的时变频率问题,给出了车流作用下实际桥梁结构的频率分析方法,分析结果表明车流-桥系统的时变频率始终小于桥梁自身的频率,随着车流密度的增加,车流-桥系统的时变频率减少。
【关键词】：随机车流 CA模型 公路桥 车-桥耦合振动 路面不平度
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.2 车桥耦合研究研究现状13-17
• 1.2.1 桥上荷载模型14
• 1.2.2 桥梁模型14
• 1.2.3 路面不平度应用14-15
• 1.2.4 车流-桥耦合振动分析方法15-17
• 1.2.5 车-桥耦合系统时变频率17
• 1.3 本文主要工作17-20
• 第二章 车流-桥耦合振动理论基础20-36
• 2.1 车辆模型20-21
• 2.2 桥梁模型21-25
• 2.2.1 有限元模型建立21-23
• 2.2.2 桥梁阻尼23
• 2.2.3 桥梁自由振动分析23-25
• 2.3 桥面不平度模拟方法25-29
• 2.4 车流-桥耦合振动分析方法29-32
• 2.5 车桥耦合振动算法及程序验证32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 基于元胞自动机模型的随机车流模拟36-60
• 3.1 元胞自动机模型36-37
• 3.2 元胞自动机单车道模型运行规则37-38
• 3.3 双车道模型换道规则38-39
• 3.4 慢启动规则和亚稳态、滞回现象39-42
• 3.5 边界条件42-43
• 3.6 模型参数43-44
• 3.7 CA模型验证与模拟44-58
• 3.7.1 模型验证44-47
• 3.7.2 CA模型模拟47-58
• 3.8 本章小结58-60
• 第四章 车流-桥耦合振动分析60-86
• 4.1 车流-桥耦合振动计算分析说明60-65
• 4.1.1 车辆类型选择60-61
• 4.1.2 时间步长选择61-62
• 4.1.3 有限元分析中每个工况时间长度的选取62
• 4.1.4 桥梁控制截面的确定62-63
• 4.1.5 车流加载注意事项63-65
• 4.2 不同车流密度下车流-桥耦合振动分析65-69
• 4.3 桥面不平度69-76
• 4.4 不同限速条件下车流-桥耦合振动分析76-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第五章 车-桥系统的时变频率问题86-104
• 5.1 车流-桥系统时变频率计算方法的理论基础86-99
• 5.2 车流-桥系统的时变频率分析99-103
• 5.3 本章小结103-104
• 第六章 结论与展望104-106
• 6.1 结论104
• 6.2 展望104-106
• 参考文献106-110
• 攻读学位期间论文发表情况110-112
• 致谢112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 殷新锋;邓露;;随机车流作用下桥梁冲击系数分析[J];湖南大学学报(自然科学版);2015年09期

2 ZHANG Nan;ZHOU Shuang;XIA He;SUN Lu;;Evaluation of vehicle-track-bridge interacted system for the continuous CRTS-II non-ballast track slab[J];Science China(Technological Sciences);2014年10期

3 陈水生;李孟廷;桂水荣;李锦华;;多车激励公路简支梁车桥耦合振动响应分析[J];武汉理工大学学报;2014年03期

4 叶茂;张鹏;傅继阳;曹文斌;任珉;;带弹性支撑多跨连续梁桥的车桥耦合演变随机振动[J];振动与冲击;2014年03期

5 郭薇薇;夏禾;De Roeck Guido;;意大利高速铁路Sesia大桥的动力特性及车桥耦合振动分析[J];振动与冲击;2013年15期

6 蒋培文;贺拴海;宋一凡;王凌波;周勇军;;简支梁车桥耦合振动及其影响因素[J];长安大学学报(自然科学版);2013年01期

7 李永乐;董世赋;臧瑜;强士中;;大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究[J];工程力学;2012年12期

8 罗竹辉;魏燕定;周晓军;杨富春;谢明祥;;随机激励三维路面空间域模型建模与仿真[J];振动与冲击;2012年21期

9 李小珍;朱艳;强士中;;高速列车作用下简支梁车桥耦合振动随机响应分析[J];振动与冲击;2012年04期

10 邓子铭;郭向荣;张志勇;;地震作用对钢桁梁桥车桥系统耦合振动的影响分析[J];中南大学学报(自然科学版);2011年01期

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本文编号：263738