交通荷載作用下橋梁振動與噪聲問題研究.pdf

1、隨著交通運輸?shù)陌l(fā)展，交通荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動問題日益突出，尤其是復(fù)雜異形橋梁的車橋耦合振動、交通荷載作用下斜拉橋及斜拉索的振動問題以及由車橋振動衍生的低頻噪聲問題等，這些問題為橋梁工程的相關(guān)理論研究提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法和理論模型已無法滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)、新結(jié)構(gòu)、新問題提出的新要求，因此有必要發(fā)展新的理論模型和計算方法。
　　 本文針對復(fù)雜異形鋼管混凝土拱橋，建立考慮吊桿局部振動影響的空間索-拱-梁組合有限元模型。針對吊桿采用空間

2、鉸接桿模型，并引入自由度凝聚概念，以吊桿基本振型代替索單元體系的所有自由度，從而克服傳統(tǒng)以索單元直接計算吊桿振動所造成的計算效率低的缺點。以寧波長豐大橋的設(shè)計方案為對象，應(yīng)用新型橋梁模型結(jié)合多質(zhì)點體系車輛模型的車橋耦合振動理論，研究路面粗糙度、行車速度、結(jié)構(gòu)阻尼對車輛輪壓荷載、拱肋和主梁的撓度及拉索張力沖擊系數(shù)的影響。
　　 針對中等跨徑斜拉橋的交通振動問題，建立考慮拉索側(cè)向振動的有限元方法，以杭州灣跨海大橋北航道橋為例，分析該

3、類斜拉橋的交通振動特性和動力沖擊效應(yīng)。針對超大跨徑斜拉橋的拉索振動問題，建立基于車橋耦合振動理論的柔性拉索在支點激勵下非線性振動理論，以跨徑1400m的斜拉橋設(shè)計方案為對象，分析不同行車條件下鋼和CFRP拉索的非線性振動響應(yīng)，探討CFRP拉索在斜拉橋中的應(yīng)用前景。
　　 針對車橋耦合振動輻射低頻噪聲問題，本文開展了細致深入的研究。首先采用基于點聲源的解析解法對簡支鋼板梁橋振動輻射低頻噪聲進行數(shù)值模擬，這里建立考慮剪切板影響的格子

4、梁模型并采用有限單元法(FEM)計算得到車橋耦合振動響應(yīng)。其次，針對橋梁輻射聲場推導(dǎo)三維邊界積分方程，并采用邊界元法(BEM)進行求解并自行開發(fā)BEM程序代碼，從而與鋼板梁橋結(jié)構(gòu)動力分析的FEM構(gòu)成車橋耦合振動輻射低頻噪聲的FEM-BEM混合求解體系。最后，采用鏡像法考察地面邊界對聲波的反射作用，綜合評估車橋耦合振動輻射低頻噪聲在橋梁附近空間的分布特性和聲壓水平。
　　 將所提FEM-BEM混合求解體系用于簡支和連續(xù)鋼板梁橋車橋

5、耦合振動輻射低頻噪聲的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應(yīng)分析。通過與橋梁振動輻射噪聲現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的對比，驗證三維邊界積分公式和BEM程序的正確性以及FEM-BEM混合求解方法的計算精度。給出了振動橋梁附近噪聲水平的數(shù)值結(jié)果、聲壓的空間分布及其隨時間的變化規(guī)律。詳細討論了路面粗糙度、車速度以及橋面距地高度的變化對聲壓水平和聲場分布特性的影響。
　　 利用所提FEM-BEM混合方法開展橋梁減振降噪研究。以連續(xù)鋼板梁橋為例，提出橋梁減振降噪設(shè)計方案，并采