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简支梁桥车桥耦合振动及MTMD振动控制研究

作　者: 涂勇
导　师: 陈水生
学　校: 华东交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 桥耦合模型有限元模型动力响应 Newmark-β法振动控制多重调谐质量阻尼器(MTMD)
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着交通运输事业的迅速发展，对现有交通基础设施的建设要求越来越高，要求能够对结构的使用状况进行正确评估，并在运营过程中对结构进行有效的维护。特别是对于公路桥梁结构，要承受大量的动载作用，结构的耐久性和使用状况会受到很大的影响，因此有必要确定桥梁的最大承载能力，保证结构的安全性能。通过车桥耦合系统的研究，对桥梁结构的动力性能及车辆荷载的动力性能进行研究分析，采取相应对策减小桥梁动力响应，对桥梁工程的发展具有重要的意义。车桥耦合系统以车轮与桥面的接触点为界限，将车桥耦合整体系统划分为车辆系统和桥梁系统两个独立系统，建立车辆运动平衡方程与桥梁运动平衡方程，通过桥面接触点的位移协调条件及车辆在桥面接触点产生的相互作用力进行将两者进行联系，将其联立为车桥耦合运动平衡方程组，采用迭代法进行计算求解车桥耦合系统的振动响应。本文以东风EQ3166汽车作为模拟用车，以30mT型截面简支梁桥为实体桥梁，建立桥梁的三维有限元模型和车桥耦合振动的三轴整车模型，根据Euler-Bernoulli梁的弯曲振动方程，推导了简支梁桥的车桥耦合振动微分方程，运用Newmark-β法对车桥耦合振动方程进行迭代求解，分析了在不同车辆荷载工况、不同速度下简支梁桥的动力响应。在车桥耦合相互作用的基础上，研究了MTMD系统的振动控制机理，对MTMD系统具有最优振动控制效果条件下的各参数进行进行分析，讨论了MTMD系统的频率间距、阻尼比、质量比、TMD数量等对MTMD系统减振控制的影响，结合本文桥梁模型设计了MTMD系统在结构振动控制中的合理参数，推导了在桥梁跨中位置安置MTMD系统后车桥耦合振动系统动力平衡方程，对比简支梁桥结构在安置MTMD系统前后车桥耦合系统的动力响应，结果表明，MTMD系统具有良好的减振效果。对车桥耦合相互作用减振控制的研究及工程实际应用有着极大的发展前景，但是,目前还有许多问题亟待解决。相信经过科研工作者的努力，在不久的将来，结构振动控制技术将在结构防震减振中发挥重要作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
主要符号说明  8-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 车桥耦合振动研究进展  10-15
  1.3 TMD系统振动控制的研究及应用  15-16
  1.4 MTMD 系统振动控制的研究及应用现状  16-18
  1.5 车桥耦合振动求解方法  18-19
  1.6 本文主要工作  19-20
第二章简支梁桥车桥耦合振动响应研究  20-41
  2.1 引言  20
  2.2 简直梁桥模型移动荷载作用下振动  20-22
  2.3 车辆模型及车桥耦合振动分析  22-26
  2.4 车桥耦合振动数值分析计算  26-29
    2.4.1 常用数值积分方法比较  26-28
    2.4.2 计算流程图  28-29
  2.5 简支梁桥振动响应分析  29-32
    2.5.1 桥梁概况  29-30
    2.5.2 桥梁有限元模型建立  30
    2.5.3 桥梁模态分析  30-32
  2.6 车辆概况  32-33
  2.7 简支梁桥动态响应分析  33-40
    2.7.1 工况一车辆荷载作用下桥梁动力分析  33-36
    2.7.2 工况二车辆荷载作用下桥梁动力分析  36-38
    2.7.3 工况三车辆荷载作用下桥梁动力分析  38-40
  2.8 本章小结  40-41
第三章路面不平顺车桥耦合振动响应分析  41-53
  3.1 引言  41
  3.2 路面不平度模拟  41-45
    3.2.1 路面不平度表示方法  41-42
    3.2.2 路面不平度傅立叶逆变换模型建立  42-43
    3.2.3 路面不平度谐波叠加法模型建立  43-44
    3.2.4 路面谱模拟  44-45
  3.3 模型建立  45-47
    3.3.1 车辆模型  45
    3.3.2 桥梁模型  45-46
    3.3.3 车桥耦合模型  46-47
  3.4 算法分析  47-49
  3.5 简支梁桥动态响应分析  49-51
  3.6 本章小结  51-53
第四章 TMD及MTMD减振原理及参数优化分析  53-70
  4.1 引言  53
  4.2 TMD减振控制原理  53-58
  4.3 MTMD 减振控制原理  58-63
  4.4 MTMD 减振参数设计分析  63-69
    4.4.1 质量比固定，动力放大系数与频率步长关系曲线  64-67
    4.4.2 质量比固定，动力放大系数与阻尼比关系曲线  67-68
    4.4.3 其它影响因素固定，动力放大系数与频率步长关系曲线  68-69
  4.5 MTMD 的设计步骤  69
  4.6 本章小结  69-70
第五章简支梁桥在车辆荷载作用下 MTMD 振动控制研究  70-78
  5.1 车辆荷载作用下 TMD 与简支梁桥结构的运动方程  70-72
  5.2 车辆荷载作用下 MTMD 与简支梁桥结构的运动方程  72-73
  5.3 车辆荷载作用下 MTMD 对简支梁桥振动控制研究  73-76
  5.4 本章小结  76-78
第六章总结与展望  78-81
  6.1 论文总结  78-80
    6.1.1 本文主要工作回顾  78-79
    6.1.2 本文的主要结论  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-85
个人简历在读期间发表的学术论文  85-86
致谢  86

简支梁桥车桥耦合振动及MTMD振动控制研究

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