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多跨宽幅预应力混凝土连续箱梁桥车辆冲击作用效应研究

作　者: 任振兴
导　师: 张巍
学　校: 太原理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 车桥耦合振动冲击系数连续箱梁桥有限单元法正交分析
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

桥梁工程技术的飞速进步推动着桥梁结构向着高墩、大跨、异型、轻柔的方向发展,与此同时,随着汽车载重的不断提高、交通流量的日渐增大,也使得桥梁结构所承受的活载增加,致使活载效应在总荷载效应中的比重显著增大。由此带来的不利影响是,行驶车辆加剧桥梁结构的动力响应,影响桥梁结构的运营安全和疲劳寿命；同时桥梁结构的振动又反作用于行驶车辆,影响行车平稳性和乘坐舒适性。国内外对于铁路桥梁的车桥耦合振动研究较多,而对于公路和城市道路桥梁的研究则相对较少。在连续结构体系梁桥中,所研究的对象大多集中于多梁式T形截面梁桥和多梁式箱形截面梁桥,而对于在该体系中应用较为广泛的多跨宽幅单箱截面形式的预应力混凝土梁桥,则研究的相对不足。本文基于车桥耦合振动理论和有限单元方法,开展了多种影响因素作用下的多跨宽幅预应力混凝土连续箱梁桥车辆冲击作用效应的研究,内容如下：1.综述了国内外车桥耦合振动研究的现状,阐明了研究过程中取得的成果和尚存在的若干问题。2.采用ANSYS有限元软件建立了所研究桥梁的梁格法模型和实体模型,分析计算了其固有振动特性。基于GB/T7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》标准中的路面功率谱密度函数,利用MATLAB软件模拟了不同等级的路面不平顺时域样本曲线。建立了4个自由度的平面车辆模型和7个自由度的空间车辆模型,依据达朗贝尔原理推导出两种模型的运动方程,并给出了相应的矩阵表达式。3.给出了车桥耦合系统迭代计算的数值分析方法,计算步骤和程序流程图。编制了车桥耦合振动响应分析的计算程序。4.基于工程实例迎泽大桥,研究分析了行车速度、行车载重、路面平整度等级和车辆偏载行驶对桥梁结构动力响应的影响问题。5.在研究多因素对车桥耦合振动响应影响强弱的问题上,选择了车辆布置方式、行车速度、行车载重、车桥频率比和路面平整度五类因素进行了正交试验分析,对于结果数据进行了极差分析和趋势图分析。基于正交试验,选用相关的因素水平组合对横、纵桥向进行了冲击系数的研究。本文的研究结论可为进一步研究公路和城市道路多跨宽幅预应力混凝土连续箱梁桥的车桥耦合振动问题提供理论依据和技术参考,对于推动多因素的桥梁冲击系数计算方法的应用和完善具有参考价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题研究的意义  10-11
  1.2 国内外车桥耦合振动研究现状  11-14
    1.2.1 国外车桥耦合振动研究现状  11-13
    1.2.2 国内车桥耦合振动研究现状  13-14
  1.3 车桥耦合振动分析领域中存在的问题  14-15
  1.4 本文主要工作  15-18
第二章公路桥梁-车辆振动系统的分析力学模型  18-34
  2.1 桥梁计算模型及振动方程的建立  18-19
    2.1.1 桥梁有限元模型  18-19
    2.1.2 桥梁动力平衡方程及其解法  19
  2.2 车辆计算模型及振动方程的建立  19-25
    2.2.1 车辆计算模型  19-21
    2.2.2 车辆运动方程  21-25
  2.3 路面不平顺的模拟  25-28
    2.3.1 路面平整度的概念  25-26
    2.3.2 MATLAB建模  26-28
  2.4 车辆-桥梁系统耦合振动的分析方法  28-33
    2.4.1 车桥系统耦合的实现条件和收敛准则  28-29
    2.4.2 分离迭代的计算步骤  29-30
    2.4.3 基于ANSYS软件的实现  30
    2.4.4 求解程序流程图  30-31
    2.4.5 基于ANSYS有限元软件开发的车辆-桥梁系统耦合振动响应分析程序验证  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章多跨宽幅预应力混凝土连续箱梁桥车致动力响应分析  34-58
  3.1 工程实例和数值模拟  34-39
    3.1.1 依托工程概况  34-36
    3.1.2 桥梁有限元模型  36-38
    3.1.3 车辆有限元模型  38-39
  3.2 桥梁结构自振特性分析  39-42
    3.2.1 自振频率  39
    3.2.2 振型  39-42
  3.3 多国规范冲击系数取值计算  42-44
  3.4 工况设置  44-46
  3.5 车辆行驶速度对桥梁结构动力响应的影响  46-48
  3.6 车辆载重对桥梁结构动力响应的影响  48-51
  3.7 桥面不平顺对桥梁结构动力响应的影响  51-53
  3.8 车辆偏心行驶对桥梁结构动力响应的影响  53-56
  3.9 本章小结  56-58
第四章影响桥梁结构冲击系数的多因素显著性水平分析  58-68
  4.1 桥梁动力响应的正交试验分析方法  58-60
    4.1.1 正交分析中的车桥参数  58-60
    4.1.2 正交表的选择  60
  4.2 动力响应的直观分析与极差分析  60-63
  4.3 影响因素的显著性水平趋势图  63-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章极端工况下横纵桥向冲击系数研究  68-78
  5.1 横桥向研究  68-72
  5.2 纵桥向研究  72-76
  5.3 本章小结  76-78
结论与展望  78-82
  6.1 论文有关结论  78-79
  6.2 研究展望  79-82
参考文献  82-86
致谢  86-88
攻读学位期间发表的学术论文  88

多跨宽幅预应力混凝土连续箱梁桥车辆冲击作用效应研究

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