大跨度斜拉桥的车-风-桥耦合振动分析

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最近几年中国的高速铁路得到了飞速的发展,桥梁是高速铁路网的重要组成部分,是承受各种动荷载的结构物。动荷载能引起桥梁振动,从而影响列车运行的平稳性和安全性,风振和车辆行驶引起的桥梁振动是两种非常重要的来源,而且两种振动往往叠加在一起。随着越来越多细长柔性桥梁的应用,使得对车-风-桥耦合振动的研究变的更加重要。  本文使用Ansys建立了某大跨度斜拉桥有限元模型,并对该斜拉桥进行动力特征分析,得到了该桥固有频率和振型;利用谐波合成法编制Matlab程序,合成了某斜拉桥的三维空间脉动风场,得到了该桥主梁和桥塔各离散点的脉动风速时程;利用各离散点的风速时程转化为有限元模型中各节点抖振力时程,并对该桥进行了抖振时域分析,得到了该桥在风荷载作用下的动力响应规律。  利用Ansys隐式解法,求解了移动常力简支梁车桥耦合模型和移动弹簧-质量系统简支梁车桥耦合模型,并进行了结果分析对比,发现弹簧-质量系统模型能够更好的描述车桥耦合动力相互作用,更加接近实际情况。  在上述基础上,利用四轴列车模型做为车辆模型,建立了斜拉桥车桥耦合模型;并分别以车速为变量、风速为常量和风速为变量、车速为常量,计算得到了在车辆荷载和风荷载共同作用下,桥梁和车辆的各动力响应指标随车速和风速的变化规律。计算结果表明,桥梁的横向动力响应结果对风荷载变化敏感,所以该桥横向响应主要受风荷载影响;桥梁的竖向动力响应对风荷载变化不敏感,竖向动力响应结果主要受车辆重力荷载影响。
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