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高墩大跨桥梁车桥耦合振动模型试验研究

作　者: 郑亮
导　师: 宋一凡
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 车桥耦合振动 模型试验 连续梁桥梁 连续刚构桥梁 有限元模型修正
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着我国公路交通事业的快速发展,高墩大跨的连续梁桥和连续刚构桥在我国得到了广泛应用,特别是在西部沟壑地区,这种桥型以良好的跨越能力和较好的经济性,往往成为首选方案。对于这类桥梁的车桥耦合振动问题目前主要采用实桥试验和有限元数值方法进行研究,然而采用模型试验的方法对公路高墩大跨桥梁车桥耦合效应的研究很少。鉴于模型试验具有,经济性好、针对性强、数据准确等特点,有必要对车桥耦合振动模型试验的方法进行研究。本文依托交通部西部科技项目：“高墩大跨桥梁车桥耦合振动及其影响分析研究”的“车桥耦合振动模型试验研究”子题,以模型试验为出发点对车桥耦合振动问题进行了分析和探索,坚持理论与实际相结合。以陕西某高墩大跨刚构-连续梁组合体系桥为实桥,以相似原理和量纲分析为基础,确定模型设计中必须遵循的相似准则,并且根据模型桥与实桥的静动力相似关系设计了1/20的大比例尺模型桥,同时设计了模型桥的静动力试验方案。根据模型桥的车桥耦合试验特点,使用有限元数值方法对模型桥进行分析,主要分析：模型车静止于模型桥的不同位置对桥梁频率的影响；定位激扰力作用下车桥耦合振动系统的响应；模型车以不同速度通过模型桥时车桥耦合振动系统的响应。同时在实验室对模型桥进行静力试验,测试各控制截面的挠度和应变。动力测试主要测试模型桥的自振频率、振型、阻尼比等动力特性,并测试模型车静止于模型桥的不同位置对桥梁频率的影响以及定位激扰力作用下车桥耦合振动系统的响应。结合有限元数值分析结果和实测结果,对车桥耦合振动时桥梁频率变化进行了分析。为了使有限元数学模型与实际模型更好的结合起来,使用ANSYS的优化分析功能,并对基于实测值的车桥耦合有限元模型修正方法进行了研究,同时使用静载试验中测得的挠度和动力试验中的测得的频率作为状态变量,构造目标函数对车桥耦合振动有限元模型进行了修正。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-14
  1-1 引言  9
  1-2 研究背景  9-10
  1-3 国内外研究现状  10-11
    1.3.1 国外研究现状  10-11
    1.3.2 国内研究现状  11
  1-4 本文研究的目的及主要研究内容  11-14
    1.4.1 研究目的及意义  11-12
    1.4.2 研究的主要内容  12-14
第二章 高墩大跨桥梁车桥耦合振动模型设计  14-26
  2-1 模型相似原理  14-17
    2.1.1 车桥耦合振动试验模型桥设计理论  14
    2.1.2 车桥耦合振动试验模型桥设计准则  14-17
  2-2 模型桥设计  17-25
    2.2.1 依托工程背景  17-18
    2.2.2 模型相似参数的确定  18-19
    2.2.3 模型材料  19
    2.2.4 模型构造  19-25
  2-3 本章小结  25-26
第三章 模型试验有限元数值分析  26-71
  3-1 模型桥动力特性分析  26-31
    3.1.1 基本参数及分析模型  26
    3.1.2 数值计算结果  26-31
  3-2 模型桥车桥耦合动力特性分析  31-70
    3.2.1 车桥耦合振动有限元数值分析方法  31-35
    3.2.2 求解过程  35-37
    3.2.3 模型桥耦合振动有限元数值分析  37-70
  3-3 本章小结  70-71
第四章 模型试验数据分析  71-109
  4-1 模型试验研究  71-76
    4.1.1 试验内容  71
    4.1.2 主要试验仪器  71-72
    4.1.3 测点布置  72-73
    4.1.4 试验方案  73-76
  4-2 模型桥静载试验  76-81
    4.2.1 应变  77-78
    4.2.2 挠度  78-80
    4.2.3 静载试验结论  80-81
  4-3 模型桥动力特性试验  81-82
    4.3.1 模型桥固有频率测试  81
    4.3.2 模型桥振型测试  81
    4.3.3 阻尼比  81-82
    4.3.4 结论  82
  4-4 模型桥耦合动力特性试验  82-108
    4.4.1 弹簧质量系统的频率测试  82-91
    4.4.2 弹簧质量系统对桥梁频率的影响  91-106
    4.4.3 定位激扰力对车桥耦合振动系统的响应  106-108
  4.5 本章小结  108-109
第五章 基于模型桥动力特性实测值的有限元模型修正方法  109-121
  5.1 模型修正基本原理和方法  109-111
  5.2 有限元模型参数修正  111-120
  5.3 本章小结  120-121
结论与展望  121-123
参考文献  123-126
附录  126-129
致谢  129

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁振动及减振设备
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