橋梁車輛振動分析與剛架拱計算機仿真.pdf

1、車橋耦合動力學(xué)是現(xiàn)代公路橋梁發(fā)展的重要課題，其研究能更真實地揭示出橋梁結(jié)構(gòu)在汽車車輛荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)。隨著橋梁日趨向輕型化、細長化發(fā)展，而交通量卻不斷增加的新形勢，橋梁車輛振動問題日顯突出；但由于橋梁在行駛車輛作用下的振動受很多復(fù)雜因素的影響，至今難以得到它們與橋梁車輛振動之間的定性關(guān)系。本文在廣泛收集國內(nèi)外有關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)的總結(jié)了車橋耦合動力學(xué)的研究歷史，提出了該研究的古典理論與現(xiàn)代理論。重點分析了現(xiàn)代理論產(chǎn)生的背景和

2、主要思想及應(yīng)用工具。 經(jīng)典車橋振動理論為研究車橋系統(tǒng)相互作用做出了不可磨滅的貢獻，理論中的不少優(yōu)點仍應(yīng)用在現(xiàn)代研究中，作為簡化計算，快速取得結(jié)果的橋梁承載能力分析的手段。古典理論僅考慮了單個荷載或單個自由度荷載作用在簡支梁上的動力作用問題，在使用上受到限制?，F(xiàn)代理論借助于計算機分析和有限元法，更真實地模擬了車輛和橋梁的性態(tài)，并且考慮了路面不平整，行車速度，荷載質(zhì)量對車橋系統(tǒng)相互作用的影響。由于它更多的關(guān)注于車橋振動系統(tǒng)的相互耦合

3、作用，更加真實地揭示了整個系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是受到技術(shù)手段的限制，古典理論和現(xiàn)代理論均只能近似地反映車橋振動系統(tǒng)的動態(tài)性能。對于車橋振動空間系統(tǒng)，現(xiàn)代分析手段不僅借助于實驗，而且使用計算機進行模擬，以求得更為接近于實際的動力反應(yīng)。 計算機模擬仿真是研究現(xiàn)代工程問題的重要手段。對動力學(xué)研究而言，所謂仿真就是求運動方程的數(shù)值解，以研究結(jié)構(gòu)在特定條件下的動力響應(yīng)特性。大型有限元分析軟件ANSYS就是進行計算機模擬仿真分析實驗的一種有力

4、工具。 梁橋是公路橋梁中最常見的一種橋型，也是其他體系橋梁動力分析的基礎(chǔ)。本文運用動力學(xué)普遍原理主要是哈密頓原理建立了梁橋的振動微分方程，對梁橋的動力響應(yīng)問題得出了一般解答。梁橋振動分析方法，可作為其他體系橋梁的振動分析依據(jù)。 本文以車載作用下的拱橋為研究對象，在收集有關(guān)拱橋及動力學(xué)資料的基礎(chǔ)上，分析了拱橋動力學(xué)的解析分析法和有限元分析法的優(yōu)缺點，分別提出了相應(yīng)的車輛模型和橋梁模型。利用梁橋振動中介紹的近似方法，研究拱橋

5、固有振動的基本動力特性，為進一步討論拱橋在各種動荷載作用下的強迫振動奠定基礎(chǔ)。同時以剛架拱橋-津淮橋為背景，使用ANSYS軟件建立了空間有限元模型，實施了橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性模擬分析。并分析了考慮到模型簡化過程中部分結(jié)構(gòu)參數(shù)取值的差異、橋面板的約束狀況不同等因素對自振特性結(jié)果的影響。研究揭示，剛架拱具有與其他一般拋物線(或橋面系用豎桿簡支的拱橋)不同的動力特性，其振型序列顯示出明顯的剛架和梁的特征。根據(jù)對自振特性的理論分析，結(jié)合工程檢測實

6、例分析了該橋的動力特性、剛度變化，提出處理意見及加固方案。 車輛在橋梁上的運動是一個復(fù)雜的動力學(xué)過程，牽涉到很多因素。顯然，研究這樣的問題，僅從某個單一系統(tǒng)著手，難以反應(yīng)其本質(zhì)。所以，將車輛系統(tǒng)與橋梁系統(tǒng)作為一個總體大系統(tǒng)，而將車輪和橋面關(guān)系作為兩個子系統(tǒng)的“紐帶”，進行“車橋耦合動力學(xué)”的研究，可以更為客觀地反映系統(tǒng)的本質(zhì)。事實上，在計算技術(shù)日益進步及車輛動力學(xué)、橋梁動力學(xué)研究日益成熟的今天，將兩者統(tǒng)一起來考察，不僅十分必要，