考虑三角形挡风屏作用的风—车—桥耦合动力分析

发布时间：2017-10-03 11:38

  本文关键词：考虑三角形挡风屏作用的风—车—桥耦合动力分析

  更多相关文章： 公铁两用悬索桥 风 三角形挡风屏 桥塔 动力响应

【摘要】：对于大跨度的悬索桥而言,其桥塔宽度较大,一般大于一节车辆的长度。车辆进出桥塔区域时,作用于车辆上的风荷载存在突减突增的情况,影响行车安全性和舒适性。本文以五峰山公铁两用悬索桥为工程背景,考虑在桥塔两端设置三角形挡风屏,推导出车辆进出三角形挡风屏和桥塔区域风荷载变化公式,进行了风—车—桥耦合动力分析,主要工作如下：(1)对国内外悬索桥的发展史进行了回顾,简单阐述了风—车—桥耦合动力分析方法以及其国内外研究现状,并以五峰山公铁两用悬索桥为工程背景,建立有限元模型,进行自振特性分析。(2)详尽的阐述了风—车—桥耦合动力分析中的车辆模型、桥梁模型、轨道不平顺模型、轮轨相互作用关系以及车桥耦合动力方程的求解方法。(3)根据风洞试验得到的桥梁空气动力学系数计算得到桥梁各节点的静风荷载,基于谐波合成法模拟了桥址处的风速场,进而得到桥梁各节点的风荷载场时程。(4)基于风荷载均布作用于车体表面假设推导出车辆进出三角形挡风屏和桥塔区域风荷载变化公式,根据风洞试验得到的车辆空气动力学系数计算得到了车辆风荷载变化曲线。(5)简单介绍了车辆运行安全性和平稳性评价指标,计算分析了不同三角形挡风屏长度、不同风速和不同车速等多种工况组合下车辆和桥梁的动力响应,讨论了三角形挡风屏长度对车桥动力响应的影响。本文的研究结果表明为保障车辆运行平稳性和安全性,对于五峰山公铁两用悬索桥而言,可在桥塔前后设置长度为50m的三角形挡风屏,当平均风在25m/s以上时,车辆行驶速度应控制在160km/h以下方可保证行车安全。
【关键词】：公铁两用悬索桥 风 三角形挡风屏 桥塔 动力响应
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 悬索桥的发展12-15
• 1.2 风—车—桥耦合动力分析方法及研究现状15-20
• 1.2.1 风—车—桥耦合动力系统简介15-17
• 1.2.2 风—车—桥耦合动力分析国内研究现状17-19
• 1.2.3 风—车—桥耦合动力分析国外研究现状19-20
• 1.3 本文主要内容及研究思路20-22
• 2 车—桥耦合动力分析模型22-48
• 2.1 车辆模型22-26
• 2.1.1 车辆振动的基本型式22-25
• 2.1.2 车辆单元模型25-26
• 2.2 桥梁模型26
• 2.3 轨道不平顺26-29
• 2.4 轮轨相互作用关系29-40
• 2.4.1 轮轨接触几何29-32
• 2.4.2 轮轨关系模型的分类32
• 2.4.3 法向Hertz接触理论32-33
• 2.4.4 垂向密贴假定33-35
• 2.4.5 Kalker线性蠕滑理论及沈氏修正35-38
• 2.4.6 简化的Kalker线性蠕滑理论38-39
• 2.4.7 轮轨关系模型的对比39-40
• 2.5 车桥耦合系统方程的建立40-45
• 2.6 车桥耦合系统方程的求解45-46
• 2.7 本章小结46-48
• 3 工程背景与桥梁有限元模型的建立48-58
• 3.1 五峰山悬索桥方案简介48-52
• 3.2 五峰山悬索桥自振特性分析52-56
• 3.3 本章小结56-58
• 4 车桥系统风荷载时程的数值模拟58-76
• 4.1 风的空间相关性及风速谱58-60
• 4.1.1 风的空间相关性58-59
• 4.1.2 风速谱59-60
• 4.2 桥梁风荷载60-69
• 4.2.1 紊流风速场的数值模拟60-65
• 4.2.2 桥梁风荷载的数值模拟65-69
• 4.3 车辆风荷载69-74
• 4.3.1 车辆静风荷载69-70
• 4.3.2 车辆脉动风荷载70-71
• 4.3.3 考虑三角形挡风屏和桥塔遮风效应的车辆风荷载71-74
• 4.4 本章小结74-76
• 5 考虑三角形挡风屏作用的车桥动力响应分析76-102
• 5.1 车桥动力响应评判标准76-79
• 5.1.1 桥梁动力性能评价指标76
• 5.1.2 车辆运行安全性评价指标76-78
• 5.1.3 车辆运行平稳性评价指标78-79
• 5.2 桥梁动力响应分析79-86
• 5.3 车辆动力响应分析86-101
• 5.4 本章小结101-102
• 6 结论102-104
• 6.1 论文主要研究工作及结论102-103
• 6.2 进一步的研究工作展望103-104
• 参考文献104-108
• 作者简历108-112
• 学位论文数据集112

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本文编号：964995