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基于三维桥面不平度宽桥的车桥耦合振动研究

作　者: 杜嘉骅
导　师: 田仲初
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 车桥耦合三维桥面不平度宽桥迭代法模态综合法刹车
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要

随着城市化进程的不断推进,城市的规模不断扩大,人流量与车流量不断增加。为了缓解城市交通压力,除了更优的城市规划、道路布局外,进一步扩大道路路幅宽度已成为必然之举。因此,城市桥梁的宽跨比往往较大,甚至有桥梁宽跨比达到1以上。所以,城市桥梁的结构形式、设计计算方法及施工工艺都有其自身特点,为了保障城市交通的安全、畅通,对其进行动力分析,特别是车-桥耦合振动分析是非常必要的。有鉴于此,本文主要工作如下:首先,为考虑桥面宽度对车-桥耦合振动的影响,通过改进谐波叠加法,将现有二维桥面不平度谱扩展至三维空间,并结合MATLAB编程实现三维桥面谱的仿真建模。然后,结合Ansys二次开发功能,分别采用迭代法和模态综合法模拟车-桥耦合振动,并将求得的动力响应结果与动力荷载试验实测值比对,以此验证仿真模型及其计算参数的正确性,并在此基础上分析宽跨比对车-桥耦合振动的影响。其次,城市交通中车辆多为变速行驶,为研究车辆刹车及加速等行驶状态下的车-桥耦合振动,建立考虑车辆行进方向作用的有限元模型,并通过与二轴车辆过桥模型半解析解对比以验证其正确性。最后,总结研究成果,并指出研究中仍存在的问题,简要讨论了深入研究的方向。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 车-桥耦合振动分析的古典理论  10-13
    1.2.1 匀速移动常力过桥分析  10-11
    1.2.2 匀速移动简谐力过桥分析  11-12
    1.2.3 匀速移动质量过桥分析  12
    1.2.4 匀速移动质-弹系统过桥分析  12-13
  1.3 车-桥耦合振动研究现状  13-15
    1.3.1 动力荷载试验  14
    1.3.2 数值计算分析  14-15
    1.3.3 规范动力放大系数  15
  1.4 影响车-桥耦合系统振动的特殊行车状态  15-17
    1.4.1 刹车及加速行驶  15-16
    1.4.2 跳车  16-17
  1.5 城市宽桥的发展现状及受力特点  17-18
    1.5.1 城市宽桥发展现状  17
    1.5.2 城市宽桥的特点  17-18
  1.6 论文研究的主要内容及意义  18-19
第二章车-桥耦合计算方法  19-32
  2.1 迭代法  19-23
    2.1.1 基本假设  19
    2.1.2 计算模型及动力方程  19-21
    2.1.3 迭代算法  21-23
  2.2 模态综合法  23-31
    2.2.1 基本假设  23-24
    2.2.2 桥梁动力方程  24-25
    2.2.3 车辆动力方程  25-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章三维仿真桥面谱的建模与验证  32-42
  3.1 引言  32
  3.2 不平度功率谱密度函数  32-33
  3.3 三维桥面谱的仿真建模  33-40
    3.3.1 谐波叠加法原理  33-35
    3.3.2 目标谱频带范围的选取  35
    3.3.3 三维桥面谱的实现  35-38
    3.3.4 三维桥面谱特性验证  38-40
  3.4 路面不平度预测模型  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章城市宽桥的车桥耦合振动分析  42-65
  4.1 动力荷载试验及模型验证  42-62
    4.1.1 工程背景及试验介绍  42-44
    4.1.2 仿真软件及方法简介  44-46
    4.1.3 计算模型说明  46-49
    4.1.4 轮迹相干性分析  49-51
    4.1.5 迭代法计算过程介绍  51-55
    4.1.6 模态综合法计算过程介绍  55-59
    4.1.7 动力荷载试验实测数据  59-61
    4.1.8 结果分析  61-62
  4.2 宽跨比对车桥耦合系统动力响应影响分析  62-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章考虑车辆变速行驶的车-桥耦合振动分析  65-78
  5.1 引言  65
  5.2 车辆运动方程  65-68
  5.3 变速行驶状态下车辆运动方程  68-70
  5.4 有限单元解  70-72
    5.4.1 移动车轮单元  70-71
    5.4.2 弹簧-阻尼单元及集中质量单元  71
    5.4.3 刚性连接  71-72
    5.4.4 刹车与加速  72
  5.5 模型验证及参数分析  72-77
    5.5.1 单跨刚构桥  73-74
    5.5.2 三跨连续刚构桥  74-77
  5.6 本章小结  77-78
结论与展望  78-80
  结论  78
  展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
附录  85

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