風(fēng)-汽車-橋梁系統(tǒng)空間耦合振動(dòng)研究.pdf

1、風(fēng)一汽車一橋梁系統(tǒng)空間耦合振動(dòng)是風(fēng)一橋相互作用、風(fēng)一汽車相互作用及汽車一橋梁相互作用三方面協(xié)調(diào)工作的結(jié)果，其振動(dòng)特性決定于自然風(fēng)特性、車輛動(dòng)力特性、橋梁振動(dòng)特性、車輛和橋梁氣動(dòng)特性相互影響等多種因素。在發(fā)展完善風(fēng)一橋相互作用、風(fēng)一汽車相互作用及汽車一橋梁相互作用的基礎(chǔ)上，將風(fēng)、汽車、橋梁三者作為一個(gè)相互作用的系統(tǒng)，提出一個(gè)較為完善的風(fēng)一汽車一橋梁系統(tǒng)空間耦合振動(dòng)分析模型。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： l、為了進(jìn)行對(duì)現(xiàn)有抖振時(shí)域分析理論

2、的實(shí)例驗(yàn)證，在杭州灣跨海大橋全橋模型風(fēng)洞試驗(yàn)中，不僅對(duì)抖振位移進(jìn)行了測(cè)量，還通過(guò)在塔根布設(shè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變片完成了橋塔內(nèi)力的實(shí)測(cè)。采用改進(jìn)的諧波合成方法實(shí)現(xiàn)了三維空間脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的模擬，風(fēng)場(chǎng)模擬時(shí)采用了風(fēng)洞中實(shí)測(cè)的紊流風(fēng)速譜?？臻g相關(guān)性是影響橋梁抖振響應(yīng)的一個(gè)重要因素，在杭州灣跨海大橋風(fēng)洞試驗(yàn)．中，對(duì)風(fēng)洞空間相關(guān)性進(jìn)行了測(cè)量研究，并在風(fēng)場(chǎng)模擬時(shí)將衰減因子取為實(shí)測(cè)值。同時(shí)，介紹了橋梁結(jié)構(gòu)上的不同風(fēng)荷載的處理方式，編制了相應(yīng)的非線性顫抖振動(dòng)力分析程序，

3、并采用了不同的數(shù)值算例進(jìn)行驗(yàn)證。以杭州灣跨海大橋?yàn)槔?，探討了橋塔和斜拉索上的脈動(dòng)風(fēng)、空間相關(guān)性、Sears函數(shù)以及風(fēng)譜對(duì)抖振響應(yīng)的影響。 2、對(duì)現(xiàn)有車輛的類型進(jìn)行合理的劃分，選擇典型車輛進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)以獲得其氣動(dòng)力系數(shù)。采用一個(gè)更加合理的、符合實(shí)際并能較全面考慮眾多因素的側(cè)風(fēng)作用下車輛動(dòng)力分析模型，在考慮路面粗糙度和車輛懸掛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠預(yù)測(cè)行駛在路面上的車輛突然受到側(cè)向陣風(fēng)的安全性。探討了路面粗糙度，干、濕、雪、冰路面狀況以

4、及車輛懸掛系統(tǒng)對(duì)行車安全的影響，獲得了側(cè)風(fēng)作用下典型車輛的安全行車風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)側(cè)風(fēng)作用下行駛于路面上車輛舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)路面粗糙度、平均風(fēng)速以及車速對(duì)車輛駕駛舒適性的影響進(jìn)行了研究。 3、將整個(gè)汽車一橋梁系統(tǒng)劃分為車輛與橋梁兩個(gè)子系統(tǒng)，引入汽車一橋梁系統(tǒng)幾何協(xié)調(diào)條件和力學(xué)平衡關(guān)系，采用分離迭代法編制了汽車一橋梁系統(tǒng)空間耦合振動(dòng)分析程序，并分別采用集中力勻速通過(guò)簡(jiǎn)支梁、彈簧質(zhì)量系統(tǒng)勻速通過(guò)簡(jiǎn)支梁和江陰長(zhǎng)江公路大橋動(dòng)載試驗(yàn)

5、對(duì)程序的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證；以杭州灣跨海大橋和潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，運(yùn)用所編制程序詳細(xì)研究了車輛數(shù)目、車輛間距、不同車道、車輛相向行駛、不同路況、以及不同車速時(shí)車流通過(guò)橋梁時(shí)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)和沖擊系數(shù)，同時(shí)對(duì)斜拉橋和懸索橋在車流通過(guò)時(shí)的振動(dòng)特征進(jìn)行了對(duì)比分析，得到了一些有益的結(jié)論。 4、為了考慮車輪相對(duì)于橋梁的側(cè)向耦合關(guān)系，在車輪與橋面之間引入了一個(gè)特殊阻尼器，這個(gè)阻尼器的阻尼系數(shù)依賴于車輛與橋梁的未知運(yùn)動(dòng)。在綜合考慮汽車一橋

6、梁系統(tǒng)空間耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)較為完善的風(fēng)一汽車一橋梁系統(tǒng)空間耦合分析模型，該模型能夠綜合考慮橋梁的靜風(fēng)響應(yīng)、抖振響應(yīng)、汽車一橋梁耦合振動(dòng)、風(fēng)荷載對(duì)車輛的影響、系統(tǒng)的時(shí)變特性以及結(jié)構(gòu)幾何非線性和氣動(dòng)荷載非線性的影響等。運(yùn)用所編制的程序研究了路面粗糙度、風(fēng)速以及干、濕、雪、冰路面狀況對(duì)行駛于橋梁上的車輛安全性的影響，并給出了典型車輛在橋梁上發(fā)生事故的臨界風(fēng)速；研究了側(cè)風(fēng)和橋梁振動(dòng)對(duì)車輛駕駛舒適度的影響以及側(cè)風(fēng)和車輛移動(dòng)荷載對(duì)橋梁振動(dòng)