随着现代汽车运输和桥梁结构的发展,汽车运输呈现“重载化、高速化”及桥梁呈现“大、轻、柔”化,使得车辆与桥梁的耦合动力效应愈加明显,导致车-桥耦合系统诱发的动力荷载将可能远远大于静力荷载,车-桥系统的时变频率问题也会显现,从而引起桥梁结构的损伤、疲劳、开裂,降低桥梁结构寿命、安全可靠度和车辆运行舒适度。为此,本文基于国家自然科学基金项目—“一种基于元胞自动机车流的公路桥三维耦合振动分析方法研究”(项目批准号:51208125),开展基于车流-桥耦合的斜拉桥动力响应及相关问题研究,主要开展的工作如下:(1)基于元胞自动机的随机车流模拟引入微观交通流模型(元胞自动机模型)模拟公路桥梁上随机车流,模型充分考虑车道内车辆运行规则和车辆换道规则,以及车流中车辆的加速、减速、变道、超车等。研究了不同限速及车流密度下的随机车流,并与已有文献中的车辆航测图进行对比,验证了所建立模型的正确性。(2)基于随机车流的车流-桥耦合振动研究基于ANSYS整体环境,建立车流-三维桥耦合振动分析模型,模型中的桥梁模型与车辆模型独立建模,给出车流-公路桥耦合振动分析方法。研究不同车流密度及车辆最大限速条件下车流-桥系统的耦合动力响应。分析结果表明:车流密度及限速条件对耦合响应结果有较大影响,高车流密度明显大于低车流密度下的跨中控制截面的动挠度峰值;车辆最大限速也是影响跨中挠度的因素,跨中控制截面动挠度峰值随着桥上车辆最大限速的提升亦不断变大。(3)车流-桥系统的时变频率研究将车-桥系统简化为梁-质量系统,推导得到三种边界条件下梁-移动质量系统和梁-固定质量系统的频率方程,对比研究梁-移动质量系统和梁-固定质量系统的频率,结果表明:一般情况下的车-桥系统,桥-移动车辆系统的频率可由桥-固定车辆系统的频率替代。以此结论为基础,开展车流作用下车流-桥系统的时变频率研究,对模型前三阶竖弯频率进行分析发现:桥梁自振频率大于基于CA模型的车桥系统的各阶时变频率。车流-桥系统的前三阶竖弯频率随车流密度的增加而减小。(4)基于车流-桥耦合的拉索疲劳寿命评估及可靠度分析基于车流-桥耦合分析计算获得结构构件的应力时程,利用雨流计数法对构件的应力时程进行统计,进而获得应力直方图,求得构件等效应力幅,基于S-N曲线、Miner理论对桥梁进行疲劳寿命及疲劳可靠度分析,初步探讨了车流密度对拉索疲劳寿命及疲劳可靠度的影响。