风-车-桥耦合振动研究

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1、风-车-桥耦合振动研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：常亚林指导教师：张亮亮教授专业：桥梁与隧道工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月中文摘要摘要风-车-桥的空间耦合振动的本质可理解为：风与车的相互作用，车与桥的相互作用、风与桥的流固耦合以及此三者之间的相互作用。影响其相互间作用的主要因素有风的自然界属性、桥梁的动力特性及车辆的振动性能。要搞清楚其相互作用，必须得对其影响因素进行深入探究，故本文主要进行了以下几个方面的研究。对寸滩长江大桥桥址处风环境进行了长达一年的观测，将观测的时域风速数据进行快速离散

2、傅里叶变换，得到其风速谱值，对其谱值进行最小二乘法拟合，获得符合桥址处风环境的风谱函数。根据所获得的脉动风速谱函数基于改进的谐波合成法开发了三维脉动风场模拟程序SWFCMN，利用该程序，获得了主梁每个节点的竖向和水平向脉动风速时程序列。进行了寸滩大桥宽体箱梁节段模型风洞实验，获得三分力系数，根据实验测得的风速和抖振力进行快速离散傅里叶变换，获得风速谱和力谱，进而依据该值拟合出气动导纳函数。建立了常见车辆的振动力学模型，分析了桥梁对路面的激励，研究表明该激励可以按综合为路面粗糙度来考虑，给出了综合路面粗糙度的概念。基于MATLA

3、B平台开发了模拟路面平整度的程序LMPZD，采用该程序模拟了A、B、C三种路面粗糙度，并与其谱值进行了对比，结果完全吻合。在此基础上给出了分离迭代法计算车桥耦合的原理，及其二者边界协调条件。介绍了基于分离迭代法计算风-车-桥耦合的程序开发手段，基于开放的ansys二次开发平台APDL，依据分离迭代法原理开发了风-车-桥耦合计算程序，该程序用常规的ansys建立桥梁计算模型，利用APDL编程形成车辆的刚度、质量、阻尼，荷载矩阵，并采用Newmark法进行车辆动力方程的求解。介绍的风-车-桥耦合振动的应用之一，评价行车安安性。建立

4、了评价行车安全的三种事故模型，给出了寸滩长江大桥极端天气车辆管制的临界参考风速。桥梁抖振响应的计算结果表明：气动导纳函数对抖振力的影响很大，考虑非线性和不考虑非线性结果差别也很显著，这说明大跨度悬索桥的柔度大，其非线性影响不可忽略。风-车-桥的计算表明，不同车辆其气动性能完全不同，发生安全事故的临界风速有显著差别。关键词大跨悬索桥抖振气动导纳风速谱风-车-桥耦合I英文摘要ABSTRACTThewind-vehicle-bridgespacecouplingvibrationcanbeunderstoodas:theintera

5、ctionofwindandcar,carandbridge,thefluid-structureinteractionofwindandbridge,andtheinteractionbetweenthesethree.Therearemanyfactorsthataffecttheinteractionincludingthenatureofthewindproperty,thedynamiccharacteristicsofthebridge,andthevibrationofthevehicleperformance.

6、Tounderstandtheinteraction,thefirstthingistodelveintoitsinfluencefactors,Thisarticlemainlycarriedoutaresearchintothefollowingseveralaspects.First,thewind-vehicle-bridgecouplingstudyneedtocomputethebuffetingforcebywindonthebridge,butthebuffetingforceiscloselyrelatedt

7、othefluctuatingwind,itiscausedbyfluctuatingwind,soitisveryimportanttogetthewindspeedspectrumfunctionbyobservingthewindenvironmentofbridgesite.Tothisend,theteamcarryoutayear-longobservationofthewindenvironmentinCunTanChangJiangriverbridgesite,theauthorusedthetime-dom

8、ainwindspeeddataobservedtocarryonthefastdiscreteFouriertransformtogetthewindspeedspectrumvalues,andgetthepreliminarywindenvironmentwindspe