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车桥耦合作用下连续钢箱梁桥动力响应研究

作　者: 王百田
导　师: 张开鹏
学　校: 武汉理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 车桥耦合效应连续钢箱梁桥路面不平度动力响应节点耦合法
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

桥梁在各种动力荷载的作用下,常会产生较大的变形和内力,情况严重时会影响桥梁的正常使用,甚至可使桥梁发生突然垮塌。自重轻、施工简便、造型新颖的连续钢箱梁桥在城市道路跨线工程以及城市高架中得到了广泛应用。该类桥梁在车辆作用下产生的问题逐渐地显现,为了确保类似桥梁在使用过程中的安全性,有必要对该类连续钢箱梁耦合振动问题做深入的研究。本文选择某五跨连续钢箱梁桥作为研究对象,首先建立了基于ANSYS平台的车辆模型,以国家标准规定路面谱为基础生成路面不平度样本,分析在速度和路面不平度激励下车辆轮胎作用力的特性。然后建立车辆和桥梁耦合模型,采用节点耦合法建立时变车桥耦合系统,将计算得到的车辆轮胎作用力施加到桥梁结构之上,利用ANSYS参数化设计语言实现车辆入桥和出桥的过程,在车桥耦合系统内计算得到相关工况条件下桥梁跨中位置处的位移和加速度响应。结合实际的动载实验的数据,验证模型正确性,进而分析不同车辆行驶速度、路面不平度、车辆行驶位置等参数对桥梁动力响应的影响。本文研究工作的主要成果有：(1)在ANSYS平台内建立二分之一、四分之一、质量车辆模型和简支梁模型,采用节点耦合法建立车桥耦合系统,用前人所做的研究验证方法的正确性。(2)建立车辆模型,以国家颁布的《车辆振动输入—路面不平度表示方法》建立路面不平度,在车辆模型上施加路面不平度以及速度荷载,分析了不同速度、路面等级对车辆轮胎作用力时域和频域的影响,同时说明了桥梁动载试验时车辆跳车、刹车时车辆荷载的确定方法,进而提出了常见工况下车辆轮胎作用力的确定方法。(3)在ANSYS平台中建立桥梁和车辆模型,采用节点耦合法建立车桥耦合系统,并以实测数据验证车桥耦合模型的正确性,进而提出了基于ANSYS平台计算车桥耦合作用下桥梁的动力响应实用方法。(4)采用节点耦合法建立车桥耦合系统,施加相应的车辆轮胎作用力,分析不同车辆速度、路面不平度、车辆行驶横向位置、车辆制动对桥梁动力响应时程和频域的影响,并得出相关的结论。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 车桥之间相互作用研究的现状  10-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
第2章路面不平度和车速对车辆作用力的影响  17-40
  2.1 路面不平度样本  17-20
    2.1.1 路面不平度的模拟  17-18
    2.1.2 路面不平度样本的生成  18-20
  2.2 车辆作用力的分解与车桥耦合计算的步骤  20-23
  2.3 车桥相互作用ANSYS平台中的实现和算例验证  23-28
  2.4 ANSYS平台中建立试验车辆模型  28-32
    2.4.1 车辆运动方程  28-31
    2.4.2 车桥相互联系方程  31-32
  2.5 行驶速度对车辆作用力的影响  32-35
  2.6 路面状况对车辆作用力的影响  35-38
  2.7 刹车和跳车对车辆作用力的影响  38-39
  2.8 本章小结  39-40
第3章连续钢箱梁桥车桥耦合振动分析  40-76
  3.1 工程简介  40-43
  3.2 动载试验  43-52
    3.2.1 动载试验测试项目  43-44
    3.2.2 动载试验布置  44
    3.2.3 动载试验结果  44-52
  3.3 车桥耦合模型的建立  52-58
    3.3.1 单元和材料的确定  52-53
    3.3.2 约束条件的确定与桥梁模型的建立  53-54
    3.3.3 ANSYS车桥耦合模型  54-55
    3.3.4 ANSYS桥梁模型自振特性分析  55-57
    3.3.5 并排两辆车辆行驶时桥梁最大跨中静位移  57-58
  3.4 车桥耦合振动数值模拟与试验对比  58-65
    3.4.1 车桥耦合系统的建立和计算参数的确定  58-59
    3.4.2 桥梁动力响应计算与试验的对比  59-65
  3.5 车辆行驶速度对桥跨结构动力响应的影响  65-68
  3.6 桥面不平度对桥跨结构动力响应的影响  68-72
  3.7 车辆偏载对桥跨结构动力响应的影响  72-74
  3.8 车辆制动对桥跨结构动力响应的影响  74-75
  3.9 本章小结  75-76
第4章结论与展望  76-78
  4.1 结论  76-77
  4.2 展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-81

车桥耦合作用下连续钢箱梁桥动力响应研究

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