英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
大跨度连续梁桥车桥耦合系统动力响应数值分析
Lipeng ,lowast;, Dejian , Peng , Peng
(
)
强调:
bull;建立了具有七个自由度的车型，推导出车辆空间振动系统的总势能。
bull;在自编程序和桥梁工程的基础上，研究了大跨度连续梁桥在车辆荷载作用下的动力响应。
bull;本研究包括车辆碰撞系数的计算，振动舒适性的评估和动态响应参数的分析。
投稿信息：
文章历史：
2016年1月7日收到
收到修改后的表格
2016年4月21日
2016年5月27日接受
2016年7月20日在线提供
*本文属于动态和控制
关键词：
大跨度连续桥
车桥耦合系统
动态响应
车辆撞击系数
振动舒适
摘要：
系统地研究车桥耦合动力响应及其变化规律参数，建立了具有七个自由度的车辆模型和总的势能推导出车辆空间振动系统。考虑到道路粗糙度的刺激，车辆 - 脊耦合系统的动力响应方程是根据具有平稳值的总势能和“右上位置”的弹性系统原理建立的规则。在自编Fortran程序和桥梁工程的基础上，研究了长跨度连续梁桥在车辆荷载作用下的动力响应。该研究还包括车辆碰撞系数的计算，振动舒适性的评估以及动态响应参数的分析。 结果表明，影响系数随巷道数变化，并且大于“公路桥涵（中国）设计通用规范”计算的值。桥梁振动的Dieckmann指数也与车道数量有关，正常情况下的振动舒适性评价较好。参数分析的相关结论对高速公路大跨度连续梁桥的动力设计和日常运行具有实际意义。 通过进一步控制车桥系统的振动，预计安全性和舒适性将显着提高。
20世纪90年代以前有限的研究就提出了公路桥梁车桥耦合振动的复杂模型[1]Kawata数值方法在具有两个自由度的车辆模型的基础上计算桥梁结构的动态响应。Chatterjee和Datta [3]通过模拟桥梁到正交各向异性板和集中质量分布梁，分析了车辆制动对简支梁桥动力响应的影响。Wang和Huang [4]使用随机数值方法模拟道路粗糙度的功率谱密度函数的良好，一般和差的道路水平。Green和Cebon [5]提出了车轮荷载作用下桥梁动力响应的计算方法，并分析了车桥动力作用的影响。Silva[6]提出了频域的总概率公式来计算公路桥梁的动态响应。Jo过对道路粗糙度的激励建立了车桥耦合振动方程，并讨论了动力响应的影响因素。 Zhang编Fortran程序的基础上研究了城市高架桥的车桥耦合动力响应究了车桥耦合振动系统的半主动控制方法。一些人员研究了自20世纪80年代以来桥梁的影响系数。瑞士的实验室种公路桥梁的实验，推导出了基于放大光谱定义的桥梁冲击系数测试了两座桥梁，发现最大动力系数发生在一个结构固有频率的一定范围了森林地区公路桥梁冲击系数的多种表达方式。Kwasniewfki等人[13]发现当车速较高时，冲击系数的实验值大于计算值，符合规范方法。道路粗糙度对车桥耦合振动系统动态效应的影响。 使用负载识别方法，现车辆载荷的布置，载荷水平和跨度的大小影响了冲击系数的值。“公路桥涵（中国）设计通用规范”规定，车辆冲击系数仅与桥梁固有振动频率有关。 但事实上，当车辆快速通过大跨度连续梁桥时，对桥梁的影响经常会随着车辆速度和载荷等其他因素而变化。 而且，车桥的振动会增加乘客的不适感; 这个问题已经凸显在驾驶舒适性出版的作品。 中国的公路发展迅速。 一个值得注意的问题是移动车辆载荷会影响大跨度连续梁桥的动态响应和驾驶舒适性。这个问题对大跨度连续梁桥的动力设计和日常运行具有实际意义，这在车桥耦合系统研究中得出了确定。动态响应及其变化规律，包括车辆参数和桥梁特性等因素。 当车桥系统的振动受到控制时，驾驶可以更安全和舒适。 基于这些原因，本文在高速公路大跨度连续梁桥的基础上，研究了大跨度连续梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及其相关参数的影响。
考虑到车辆由车轮，车轴和车身组成，建立了多刚体系统模型。 部件通过弹簧系统和阻尼系统连接。 基本假设如下：
- 车辆的车轮，车轴和车身是绝对刚性的。车轮，车轴和桥面通过第一弹簧阻尼系统连接。 车轮，车轴和车身通过第二弹簧阻尼系统连接
-
车轮，车轴和车身表现出均匀的直线运动，而不考虑桥梁的纵向振动。
（3）车辆的车轮，车轴和车身在一个小的位置内振动。
（4）刚性部件之间的弹簧是线性的，其阻尼是滞后的。
（5）车辆的车轮，车轴和车身呈双向对称。
（6）车辆的车轮总是与车桥地板紧密接触，这意味着不会发生跳跃现象，两个垂直位移都是相同的。
车辆的双轴模型包括车身和四个车轮。 根据相关原理，多轴拖车也可以转换成双轴模型。 基于以上几点，建立了具有七个自由度的车辆模型，如图所示。
车轮分别从前到后和从左到右标记为d a, b, c,和 d。 假设车身和车轮沿垂直方向移动，车身也沿桥的纵向和横向旋转。 因此，总共七个自由度可以描述如下：
图：车辆动力学分析模型
注解：
: 车轮的垂直位移（车轮接触点的垂直梁位移）
: 车身垂直位移;
: 车身围绕桥梁纵向和横向的旋转位移;
: 车轮与桥面之间的第一弹簧垂直位移;
: 车轮和车身的质量;
: 车轮与桥面之间的弹簧刚度（第一弹簧刚度）;
: 车轮与桥面之间的阻尼系数（第一弹簧阻尼系数）;
: 车轮与车身之间的弹簧刚度（第二弹簧刚度）;
: 车轮与车身之间的阻尼系数，也称为第二弹簧阻尼系数;
: 车体绕重心纵轴和横轴的转动惯量;
d : 从前桥和后桥到悬架中心的距离;
: 从前后轴到车身重心的距离;
b: 车身宽度;
: 从左右轮到车身重心的距离;
假设前轮组（a，b）和后轮组（c，d）分别与桥结构的元件接触，如图2所示
注释：，是从左轮和右轮到梁元件的重心的水平距离;是从梁单元的顶表面到重心的垂直距离。
图2：轮子的位移图与桥梁元素的联络
车轮和车轴所在的梁元件的左右接头位移如下：
注释：方程式中的参数连续地指示了左右关节在方向上的梁元件的位移和旋转角度。
因此，第一弹簧阻尼系统所在的梁单元的重心位移（{delta;} sn = [N] {delta;}）是
: 车轮下方桥梁元件依次在X，Y，Z方向上的位移;
: ：车轮下X，Y，Z方向的桥梁元件的扭转角度，其中[N]是梁单元的位移形状函数.
注释：上述公式中示车轮所在的梁单元的长度。上从车轮到梁单元的接头的位移。
目前，中国尚未正式确定道路粗糙度的统一应用规范。 在参考的基础上，确定性分析方法用于描述桥梁的路面粗糙度，本文采用以下功能：
注释：表示桥面的纵坐标;的值是; 的值为和 ，这对应于道路平整度的水平。 显然，较高的道路粗糙度对应于较差的桥面条件。
因此，车轮所处的道路粗糙度可表示如下：
然后，第一弹簧阻尼系统和桥面之间的接触位置的位移可以表示如下：
其中[]是变换矩阵，（n = a，b，c，d）表示从每个车轮到梁单元的重心的水平距离
表示第一弹簧阻尼系统和桥面之间接触位置的位移，它们不是独立位移，而是与梁单元的联合位移有关
因此，车轮与车身之间连接的位移可表示如下：
在计算车辆的动态势能时，桥重力下的静态平衡位置被认为是势能的零点。
车身的惯性力做了负面的工作：
车轮和车轴的惯性力也进行了负面的工作：
桥面和车辆的第一弹簧的应变能是：
注释：，，是车轮，车轴和桥底之间的第一弹簧的伸长：
车辆第二弹簧的应变能是：
注释：，，是车轮，车轴和桥底之间的第二弹簧的伸长。
第一弹簧阻尼的阻尼力进行负面工作：
第二弹簧阻尼的阻尼力进行了负面工作：
车辆的重力势能可表示如下：
图3：桥跨布置（单位：m）
，表示车轮与桥底接触的车辆重力。
假设桥上有辆车。 然后，通过组合每个车辆部件的惯性势能，弹性应变能，阻尼力势能和重力势能，可以得到车辆空间振动的总势能.
基于总势能与静止值的弹性系统原理，总势能的变化符合.然后刚度矩阵[]，质量矩阵[]，阻尼矩阵[]， 车辆系统的负荷矩阵[]可以根据变分原理和用于制定矩阵的“设置在正确位置”的规则形成。
根据公式，可以得到车辆空间振动方程：
假设所有的关节位移都是小位移，并且桥梁结构中的所有自由度都是。 将桥梁重力作用下的静态平衡位置视为原始状态，桥梁结构的总势能可以用弹性应变能量，惯性力的负性工作和阻尼力的负性工作表示：
在总势能与静止值原理的基础上，计算了桥梁结构总势能的变化，推导出桥梁结构的运动方程为：
将桥梁引力下的静态平衡位置视为势能的零点和车桥耦合系统的原始状态，这意味着= ，公式可以写成如下：
最后，通过组合车辆子系统和桥梁的势能，可以获得车桥耦合系统的总势能：。 然后，可以根据系统总电位能量的变化和“设置在正确位置”的规则建立车桥耦合系统的振动方程。 通过组合桥梁结构矩阵和车辆系统的刚度，质量和阻尼，车桥耦合系统的动力响应方程可以推导为：
图4：桥梁有限元模型
主桥为预应力混凝土连续箱梁，高墩，大跨度采用现浇悬臂法施工。 跨度布置为，梁横截面为六个双向车道的单个单元和单箱段，顶板和底板的宽度为， 分别。 主墩由空心薄壁墩组成，矩形截面; 墩壁的纵向厚度为米，横向厚度为米。 制动墩的高度为。
桥梁的有限元模型由建造，其上部结构采用了具个自由度的空间梁单元。 如下所示桥梁分为个元素。
“公路桥涵（中国）设计通用规范”（规范）规定车辆影响系数与桥梁的基频有关。 按照规定，预应力混凝土桥梁的冲击系数应计算如下：
当
当
当
注释：f是结构基频。
在上述导航车辆耦合系统动力响应方程和大跨度连续梁自然振动特性理论计算方法的基础上，编制了程序，计算了梁的固有频率。 对自编程序和模型的结果进行了比较，如下所示并计算了前个固有振动频率。
表显示自编程序和模型的结果在梁的自然振动特性分析中是近似的，从而表明每个振动模式是一致的，使用自编程序分析车辆耦合系统的动态响应是正确和可行的。 在计算梁的固有频率时不考虑桥墩的刚度。 因此，相应的计算值大于整个桥模型的结果。 此外，冲击系数的值为，因为。
桥梁静力挠度的计算模型与其动态特性分析模型一致，如图4所示。采用级道路平整度，在等式中取代参数值
在描述空间七自由度车辆模型和参考文献的基础上 ，车辆的参数值如表所示确定。 在满足车辆布局要求的前提下，在纵向上执行最坏情况下的加载（图，并且在横向方向上使用不同的车道编号计算两个载荷工况。 第一个案例是单车道，每车道有三辆车。 第二种情况是三车道，每车道有三辆车，对称布置的车辆如图所示。
表：桥梁自然特性的有限元计算值
对于这两种情况，主题跨度的中跨偏差分别由自编程序和计算，其计算结果在中进行了比较。
显示自编程序和模型的偏差结果在两种载荷情况下都是一致的，从而验证了自编程序的可行性和车桥模型的有效性。
在结构动力分析中，桥梁冲击系数定义为最大垂直动力位移和静态位移之间的差值与桥梁中跨处垂直静态位移的最大值之比[19]。
注释：，分别表示最大垂直动态位移和静态位移。
为桥梁的动态响应分析选择了两个最坏情况的载荷：第一种情况：单车道和三辆平行车辆，间距为米; 第二种情况：每条车道三条车道和三条车辆平行，间距为米（车辆布局如所示）。 车辆行驶速度为公里/小时。 采用道路粗糙度，并且在等式中代入参数值 在两种条件下由自编程序计算的结果如表4所示。
在图中 ，如所示，车道载荷下三车道的最大动态位移，加速度和冲击系数均大于单车道。冲击系数为在正常使用期间发生由车辆引起的桥结构振动。 当桥上有行人时，可以通过分桥梁结构振动期间评估的人体舒适度，这是舒适度评估的极限。 当桥梁垂直：
根据计算的K，在桥结构振动期间评估的人体舒适度如表5所示。
根据快速傅立叶方法转换的桥梁位移时间历程的计算结果，可以分析桥梁的动态响应谱，如中，单个位移幅值 车道和三辆平行车辆，车辆间距公里/小时，车辆比三条车道相同，交通条件相同。 目前，人类可以忍受此范围内的任何长期振动。 因此，振动舒适性评估是良好的。
：通过自编程序和Midas Civil计算的主跨中跨偏差的比较（单位：cm）。
表4: 中跨的动态响应和影响系数。
图7：第一种情况（单车道）连续梁桥中跨的垂直
全文共12690字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[2731]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
