大跨度懸索橋計算理論及其車橋耦合振動分析.pdf

1、橋梁作為重要的社會基礎設施，是抗振防災研究的重要對象。尤其是大跨度的懸索橋，由于其特殊的重要地位，其車橋耦合動力特性更是我們需要重點研究的課題。
　　 近年來，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、技術的進步，高速鐵路已經(jīng)成為世界上最經(jīng)濟、最高效的運輸系統(tǒng)。隨著車輛行駛速度的提高，車輛與橋梁之間的動力相互作用問題更加的突出，車橋耦合動力相互作用對橋梁及車輛的影響越來越大。之前也有很多學者對這個問題進行了研究，給出了很多的解決方法，但是大都計算復雜

2、，對各種橋型不具有通用性。因此，建立一套通用性好、精度高且使用方便的計算程序具有重大意義。
　　 本文針對目前其它計算方法的不足，在總結和吸收國內外前人研究成果的基礎上，針對大跨度懸索橋在移動車輛作用下的車橋耦合振動問題進行了研究。給出了系統(tǒng)的求解車橋耦合振動問題的處理方法，并且對大跨度懸索橋的靜力及成橋狀態(tài)計算給出了詳細的計算方法，并編制了相關的程序。本文主要研究內容包括：
　　 (1)對大跨度懸索橋的靜力計算問題進行

3、了討論。本文基于撓度理論對懸索橋的靜力計算方法進行了推導，在推導過程中考慮了活載二階非線性項的影響，并驗證了算法的正確性。在文中，對加勁梁在主塔處鉸接和連續(xù)時受溫度荷載的影響情況進行了對比研究。
　　 (2)給出了大跨度懸索橋成橋狀態(tài)的精細化非線性有限元計算方法。本文首先對目前存在的幾種確定成橋狀態(tài)的解析方法進行了回顧，隨后推導了基于非線性懸鏈線索單元的非線性有限元法的計算程式，并給出了詳細的計算過程。在文中，采用多個經(jīng)典算例驗

4、證了算法的有效性，并對某跨長江懸索橋的成橋狀態(tài)進行了計算分析。
　　 (3)對簡支梁的經(jīng)典車橋耦合振動理論進行了回顧。對簡支梁在移動力、移動質量、移動單軸車輛、移動雙軸車輛作用下的解析計算方法進行了回顧。
　　 (4)對車輛和橋梁動力模型的建立方法進行了詳細的研究。文中首先對車輛的基本要素進行了介紹，特別是對剛性連接的處理進行了說明，給出了任意復雜車輛模型的建立方法，并建立了雙軸車輛和四軸車輛的動力模型。文中還對大跨度懸

5、索橋動力模型的建立進行了說明。
　　 (5)基于隨機理論，給出了路面平整度的模擬方法。文中對幾種常見的路面平整度的功率譜密度進行了介紹，給出了基于諧波疊加法模擬路面平整度的計算方法。文中對空間頻率范圍的取值、取樣周期的大小及取樣時間步長的確定進行了說明，并給出了詳細的計算步驟。最后對幾種常見等級路面的路面平整度進行了模擬，并對模擬路面平整度的功率譜與理論功率譜進行了對比驗證。
　　 (6)推導了車橋耦合單元，建立了車橋耦

6、合振動的計算方法。本文推導了一般車輛作用下車橋耦合單元，對車橋耦合方程的建立及求解進行了詳細的說明。文中還給出了移動質量、移動單軸車輛、移動雙軸車輛及移動四軸車輛作用下的車橋耦合單元的影響矩陣。最后驗證了本文方法的有效性并對某跨長江懸索橋在移動卡車、移動列車作用下的動力響應進行了求解。
　　 (7)給出了地震作用下的車橋耦合振動問題的計算方法。本文對地震作用下的車橋耦合振動方程進行了推導，并對某跨長江懸索橋在地震作用下的車橋耦合