[博士]大跨度懸索橋計算理論及其車橋耦合振動分析

內(nèi)容簡介

　　[博士]大跨度懸索橋計算理論及其車橋耦合振動分析　　學科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：合肥工業(yè)大學　　學位年度：2010　　橋梁作為重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施，是抗振防災(zāi)研究的重要對象。尤其是大跨度的懸索橋，　　由于其特殊的重要地位，其車橋藕合動力特性更是我們需要重點研究的課題?！　? 近年來，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、技術(shù)的進步，高速鐵路已經(jīng)成為世界上最經(jīng)濟、最高效　　的運輸系統(tǒng).隨著車輛行駛速度的提高，車輛與橋梁之間的動力相互作用問題更加的突出，　　車橋耦合動力相互作用對橋梁及車輛的影響越來越大。之前也有很多學者對這個問題進行了　　研究，給出了很多的解決方法，但是大都計算復(fù)雜，對各種橋型不具有通用性。因此，建立　　一套通用性好、精度高且使用方便的計算程序具有重大意義.　　本文針對目前其它計算方法的不足，在總結(jié)和吸收國內(nèi)外前人研究成果的基礎(chǔ)上，針對　　大跨度懸索橋在移動車輛作用下的車橋禍合振動問題進行了研究。給出了系統(tǒng)的求解車橋耦合，并編制了相關(guān)的程序.本文主要研究內(nèi)容包括:　　 (1) 對大跨度懸索橋的靜力計算問題進行了討論。本文基于撓度理論對懸索橋的靜力計　　算方法進行了推導，在推導過程中考慮了活載二階非線性項的影響，井驗證了算法的正確性.在文中，對加勁梁在主塔處鉸接和連續(xù)時受溫度荷載的影響情況進行了對比研究?！　? (2)給出了大跨度懸索橋成橋狀態(tài)的精細化非線性有限元計算方法。本文首先對目前存　　在的幾種確定成橋狀態(tài)的解析方法進行了回顧，隨后推導了基于非線性懸鏈線索單元的非線　　性有限元法的計算程式，并給出了詳細的計算過程.在文中，采用多個經(jīng)典算例驗證了算法　　的有效性，并對某跨長江懸索橋的成橋狀態(tài)進行了計算分析?！　? (3)對簡支梁的經(jīng)典車橋耦合振動理論進行了回顧。對簡支梁在移動力、移動質(zhì)量、移　　動單軸車輛、移動雙軸車輛作用下的解析計算方法進行了回顧.　　 (4)對車輛和橋梁動力模型的建立方法進行了詳細的研究。文中首先對車輛的基本要素　　進行了介紹，特別是對剛性連接的處理進行了說明，給出了任意復(fù)雜車輛模型的建立方法，　　并建立了雙軸車輛和四軸車輛的動力模型。文中還對大跨度懸索橋動力模型的建立進行了說　　明，　　 (5)基于隨機理論，給出了路面平整度的模擬方法.文中對幾種常見的路面平整度的功　　率譜密度進行了介紹，給出了基于諧波疊加法模擬路面平整度的計算方法。文中對空間頻率　　范圍的取值、取樣周期的大小及取樣時間步長的確定進行了說明，并給出了詳細的計算步驟。最后對幾種常見等級路面的路面平整度進行了模擬，并對模擬路面平整度的功率譜與理論功率譜進行了對比驗證.　　 (6)推導了車橋耦合單元，建立了車橋藕合振動的計算方法。本文推導了一般車輛作用　　下車橋耦合單元，對車橋藕合方程的建立及求解進行了詳細的說明。文中還給出了移動質(zhì)量、移動單軸車輛、移動雙軸車輛及移動四軸車輛作用下的車橋禍合單元的影響矩陣.最后驗證了本文方法的有效性并對某跨長江懸索橋在移動卡車、移動列車作用下的動力響應(yīng)進行了求　　解?！　? (7)給出了地震作用下的車橋禍合振動問題的計算方法.本文對地震作用下的車橋耦合振動方程進行了推導，并對某跨長江懸索橋在地震作用下的車橋禍合振動問題進行了研究。

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