風—汽車—橋梁系統(tǒng)耦合振動分析及程序設計.pdf

1、風—汽車—橋梁系統(tǒng)是由自然風、公路車輛(汽車)和橋梁三者協(xié)調(diào)工作構(gòu)成的統(tǒng)一力學作用體系。由于風與橋梁間的流固耦合作用、車輛與橋梁間的固體接觸耦合作用和風對車輛的脈動作用，風—汽車—橋梁系統(tǒng)會產(chǎn)生時變的耦合振動。圍繞風、汽車和橋梁的相互作用，采用一定的動力分析模型，以數(shù)值方法為手段，建立了風—汽車—橋梁系統(tǒng)耦合振動分析框架。
　　 首先，為在橋梁結(jié)構(gòu)動力分析中實現(xiàn)基礎(chǔ)剛度的有效模擬，針對當前常用的基礎(chǔ)剛度模擬方法的局限性，提出一種

2、基礎(chǔ)剛度有限元模擬的正交三梁模型法，其原理是采用具有一個公共節(jié)點的三個正交的梁單元，通過聯(lián)合求解確定三個梁單元各自的剛度特性，從而使三個正交單元公共節(jié)點處的剛度和承臺中心的基礎(chǔ)剛度等效。該正交三梁模型可準確模擬基礎(chǔ)剛度矩陣的各主元素和交叉項，簡單實用，便于結(jié)構(gòu)有限元建模，具有推廣價值。
　　 其次，將靜風力及時域化的抖振力和自激力作為橋梁上的統(tǒng)一風荷載，實現(xiàn)了橋梁顫抖振統(tǒng)一時程分析。討論了橋梁上風荷載的攻角非線性問題，在此基礎(chǔ)上

3、可以從時域角度全面分析和研究橋梁的顫抖振問題。
　　 再次，建立13個自由度的兩軸汽車動力分析模型，推導了該車輛模型的振動微分方程。針對車輛側(cè)傾事故和側(cè)滑事故的評判準則，指出采用包含峰值因子的車輪與地面的作用力作為車輛事故評判依據(jù)更為合理，提高了風致車輛事故分析的可靠性，并提出了車輛折算接觸力和側(cè)滑抗力的概念，將其作為移動車輛安全性分析的評判指標。
　　 最后，將風、公路車輛、橋梁三者作為一個統(tǒng)一的相互作用系統(tǒng)，建立較為

4、完善的風—汽車—橋梁耦合振動系統(tǒng)分析框架?；诿嫦?qū)ο缶幊趟枷耄幹骑L—汽車—橋梁系統(tǒng)耦合振動分析程序WVBroad(Wind-Vehicle-Bridge for Roadway)。運用該程序，分別以某高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋和混合梁獨塔斜拉橋為工程背景，進行車—橋系統(tǒng)垂向耦合振動和風—車—橋系統(tǒng)空間耦合振動分析。通過多工況、多因素對比分析，研究了橋梁動力沖擊系數(shù)、側(cè)風作用下的車橋耦合振動特性以及車輛行車安全性等問題。
　　 對連續(xù)

5、剛構(gòu)橋的車—橋系統(tǒng)垂向耦合振動分析結(jié)果表明：車輛對橋梁的動力作用主要表現(xiàn)為移動車輪的周期性沖擊；橋梁和車輛的動力響應都隨路面不平度增加而增大，由于橋梁剛度較大，車體的響應大小主要取決于路面不平度值；橋梁沖擊系數(shù)主要取決于車輛的規(guī)律性移動和橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性。
　　 對獨塔斜拉橋的風—車—橋系統(tǒng)空間耦合振動分析結(jié)果表明：靜風通過對車輛的阻力作用使橋梁橫向位移增大，當上橋車輛眾多時，車輛上的靜風力不容忽視；橋梁為近似流線型的箱形截面