【摘 要】
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近年来,随着交通事业的快速发展,车辆数量日益增加,车辆载重不断提高,行车速度显著提升,公路桥梁在设计上逐渐向轻型化、柔性化、大跨度化发展,这使得车桥耦合振动问题愈加突显。车辆在桥梁上行驶时,会迫使桥梁发生振动,长期作用会使桥梁出现疲劳、老化等问题,进而影响桥梁的使用寿命;桥梁的振动又会影响车辆的振动,导致车辆各项性能降低。当车辆的振动频率接近桥梁的自振频率时,会引起车辆与桥梁共振,导致桥梁振动加剧
【基金项目】
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山西省重点研发项目“基于敏感元作用大跨弯连续梁桥动力特性研究”(编号201803D31076)的重要组成部分;
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近年来,随着交通事业的快速发展,车辆数量日益增加,车辆载重不断提高,行车速度显著提升,公路桥梁在设计上逐渐向轻型化、柔性化、大跨度化发展,这使得车桥耦合振动问题愈加突显。车辆在桥梁上行驶时,会迫使桥梁发生振动,长期作用会使桥梁出现疲劳、老化等问题,进而影响桥梁的使用寿命;桥梁的振动又会影响车辆的振动,导致车辆各项性能降低。当车辆的振动频率接近桥梁的自振频率时,会引起车辆与桥梁共振,导致桥梁振动加剧,造成桥梁坍塌事故。因此,车桥耦合振动问题的研究对于桥梁结构设计与运营管理具有重要意义。本文作为山西省重点研发项目“基于敏感元作用大跨弯连续梁桥动力特性研究”(编号201803D31076)的重要组成部分,以某大跨连续梁桥为依托工程,对典型车辆荷载作用下的桥梁动力响应进行仿真研究与计算。主要工作与结论如下:(1)基于车辆动力学相关原理,推导两轴整车平面模型、两轴整车空间模型和五轴拖挂车空间模型的动力学方程,为车桥耦合振动分析奠定基础。(2)根据整体求解法建立车桥耦合振动方程,并采用模态综合法降低求解规模,引入空间桥面不平度,运用Newmark-β法对其进行求解。通过MATLAB编译大跨连续梁桥车桥耦合振动分析程序,并与相关文献结果进行对比,验证程序的准确性。(3)分别对桥面不平度、车辆行驶速度、车辆载重、悬架刚度以及桥梁阻尼比等敏感参数进行分析。研究表明:当桥面不平度、车辆载重增大时,桥梁动力响应增幅较大;当车辆悬架刚度增大时,桥梁动力响应有一定增大,但增幅相对较小;当桥梁阻尼比增大时,桥梁动力响应呈减小趋势;车辆行驶速度与桥梁动力响应之间没有明显规律。(4)为进行桥梁运营阶段安全评估,引入道路服务水平和车头间距的相关概念,建立多车车桥耦合振动分析模型,重点分析不同交通流状态下桥梁的动力响应问题。研究表明:随着交通流状态的恶化,桥梁关键截面动力响应明显增大,其冲击系数则呈先减小后增大的趋势。且在不同交通流状态下,归纳分析车头间距的分布情况,得出能够削弱车辆叠加效应,减小桥梁振动的车辆布置形式。相关研究成果可以为大跨连续梁桥的设计、施工和运营提供参考。
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