斜拉橋車橋耦合振動(dòng)及其MTMD振動(dòng)控制.pdf

1、隨著交通事業(yè)和現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)處于繁忙的運(yùn)輸狀態(tài)。交通密度的日益增加、荷載的逐漸加重以及車速的不斷提高，使得車輛與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。一方面，移動(dòng)車輛的動(dòng)力作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物的工作狀態(tài)和使用壽命產(chǎn)生直接影響；另一方面，橋梁結(jié)構(gòu)上運(yùn)行車輛的平穩(wěn)性和安全性又是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)參數(shù)合理與否的重要考慮因素。因此，對(duì)車橋動(dòng)力耦合系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究，以便對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)上車輛的走行性作出動(dòng)力分析和評(píng)估，進(jìn)而采

2、取對(duì)策減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，是合理進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)的工程實(shí)際需要，對(duì)結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展具有十分重要的理論和實(shí)際意義。在教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃(2004年)科研項(xiàng)目資助下，本文以一座實(shí)際斜拉橋—滬蓉西國(guó)道鐵羅坪大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，研究車橋系統(tǒng)動(dòng)力相互作用及MTMD控制下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，為鐵羅坪大橋合理設(shè)計(jì)提供力學(xué)理論參考。 鐵羅坪大橋主橋?yàn)橐桓叨沾罂珉p塔雙索面混凝土斜拉結(jié)構(gòu)，論文采用有限元非線性分析理論和方法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析

3、，通過(guò)調(diào)整斜拉索張拉力建立結(jié)構(gòu)合理的初始成橋狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性；同時(shí)將橋梁上運(yùn)行車輛模擬成2軸6自由度且具有3個(gè)質(zhì)量的振動(dòng)系統(tǒng)并分析其動(dòng)力特性。通過(guò)基于橋面隨機(jī)不平順的車橋耦合單元建立包含車輛振動(dòng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)的耦合系統(tǒng)，用數(shù)值積分法求解動(dòng)力學(xué)方程。分別從汽車通過(guò)橋梁時(shí)的速度、車輛的個(gè)數(shù)、車輛的偏載等幾個(gè)方面研究了斜拉橋結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)以及乘客的舒適度與車速的關(guān)系。在分析鐵羅坪大橋固有振動(dòng)的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)跨中動(dòng)撓度的控制振型

4、，將汽車荷載作為對(duì)主橋結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激勵(lì)，建立結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制振型坐標(biāo)和MTMD構(gòu)成的新系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程，由此推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)控制振型坐標(biāo)的幅頻響應(yīng)表達(dá)式。分析了MTMD的平均阻尼比、頻率間距、廣義質(zhì)量比、數(shù)量、布置間距與控制振型坐標(biāo)幅值的關(guān)系，給出了確定MTMD各參數(shù)的具體步驟，由主橋跨中動(dòng)撓度為控制目標(biāo)設(shè)計(jì)了MTMD，進(jìn)而研究了MTMD控制下車橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，在隨機(jī)不平順橋面條件下，MTMD能夠有效減小結(jié)構(gòu)對(duì)汽車荷載激勵(lì)的動(dòng)力響應(yīng)