斜拉橋車橋耦合振動及其MTMD振動控制.pdf

1、隨著交通事業(yè)和現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展，橋梁結構處于繁忙的運輸狀態(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，使得車輛與結構的動力相互作用問題越來越受到人們的重視。一方面，移動車輛的動力作用對橋梁結構物的工作狀態(tài)和使用壽命產(chǎn)生直接影響；另一方面，橋梁結構上運行車輛的平穩(wěn)性和安全性又是評價結構動力設計參數(shù)合理與否的重要考慮因素。因此，對車橋動力耦合系統(tǒng)進行綜合研究，以便對橋梁結構的動力性能和結構上車輛的走行性作出動力分析和評估，進而采

2、取對策減小結構的動力響應，是合理進行橋梁結構物設計的工程實際需要，對結構工程學科的發(fā)展具有十分重要的理論和實際意義。在教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃(2004年)科研項目資助下，本文以一座實際斜拉橋—滬蓉西國道鐵羅坪大橋為研究對象，研究車橋系統(tǒng)動力相互作用及MTMD控制下橋梁結構的動力響應，為鐵羅坪大橋合理設計提供力學理論參考。 鐵羅坪大橋主橋為一高墩大跨雙塔雙索面混凝土斜拉結構，論文采用有限元非線性分析理論和方法對該結構進行靜力分析

3、，通過調整斜拉索張拉力建立結構合理的初始成橋狀態(tài)，在此基礎上，研究結構動力特性；同時將橋梁上運行車輛模擬成2軸6自由度且具有3個質量的振動系統(tǒng)并分析其動力特性。通過基于橋面隨機不平順的車橋耦合單元建立包含車輛振動和結構振動的耦合系統(tǒng)，用數(shù)值積分法求解動力學方程。分別從汽車通過橋梁時的速度、車輛的個數(shù)、車輛的偏載等幾個方面研究了斜拉橋結構的動力響應以及乘客的舒適度與車速的關系。在分析鐵羅坪大橋固有振動的基礎上，確定結構跨中動撓度的控制振型

4、，將汽車荷載作為對主橋結構的隨機激勵，建立結構振動控制振型坐標和MTMD構成的新系統(tǒng)動力平衡方程，由此推導了結構控制振型坐標的幅頻響應表達式。分析了MTMD的平均阻尼比、頻率間距、廣義質量比、數(shù)量、布置間距與控制振型坐標幅值的關系，給出了確定MTMD各參數(shù)的具體步驟，由主橋跨中動撓度為控制目標設計了MTMD，進而研究了MTMD控制下車橋系統(tǒng)的動力響應。計算結果表明，在隨機不平順橋面條件下，MTMD能夠有效減小結構對汽車荷載激勵的動力響應