移动荷载作用下索桥耦合振动分析研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着铁路桥梁车振问题的研究开展，人们开始了对公路车激桥梁振动以及行人过桥引起的桥梁振动研究。对于这个问题的系统研究最早开始于 1930 年。在 30 年代，乌曼斯基对连续和铰接体系浮桥的自由振动进行过初步分析。吉洛夫将浮桥看作为无阻尼的弹性地基梁，把附加质量作为常数并计及移动荷载质量进行动力分析，求出了连续体系浮桥在若干典型情况下的封闭解。1931 年英国土木工程师协会根据一系列的简支梁桥的实测数据制定了最早的公路桥梁荷载冲击系数规范。国外学者使用一种通用单元来分析车桥耦合振动问题，其耦合的振动方程采用 newmark 有限差分法进行计算，在计算过程中考虑了车辆的刹车的制动力的影响。国内学者也根据大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点，建立了结构空间动力分析模型，计算了斜拉桥的车桥耦合振动响应，分析了各种因素对桥梁动力响应的影响。

随着经济和科学技术的不断发展，新建桥梁往往由于景观和建筑上的需要以及高强材料和薄壁结构的广泛应用而设计得较为细长柔软。桥梁跨径越来越大，材料越来越轻，刚度越来越小，使桥梁结构所承受的活载占总荷载的比例增大。汽车设计方法与制造技术的改进以及新材料新技术的应用，使得单辆汽车的载重及运行速度亦有所提高，其中不乏较重或超重的大型工程车辆或运输车辆。上述因素加强了车桥耦合振动在桥梁动力性能方面的影响，使交通车辆（铁路、公路、地铁）与结构（桥梁、隧道、房屋建筑等）的动力相互作用问题变的越来越突出，受到了人们的广泛关注。现在桥梁结构的振动已经成为影响桥梁的使用与安全的重要因素，因此，在桥梁的设计计算中都包含有求车辆荷载动力作用的内容

斜拉桥是目前大跨度桥梁采用的主要结构形式，桥梁运营状态下受到很多外荷载的作用，主要有桥梁自重、成桥索力、移动车辆荷载等，桥梁自重、拉索索力影响桥梁成桥静力状态，移动车辆荷载是桥梁承受的主要动力荷载。当车辆以一定速度通过桥梁时，会使桥梁产生振动、冲击等动力效应，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题，就是车辆与桥梁之间的耦合振动问题。车辆动力作用引起桥梁上部结构的振动可能使结构构件产生疲劳，降低其强度和稳定性；桥梁振动过大可能会对桥上车辆的运行安全和稳定性产生影响；并且随着近年我国经济的飞速发展，车辆运行速度大大提高，桥梁结构趋于大跨化、轻型化，使车桥耦合振动问题日益突出，因此分析影响车桥耦合振动的因素越来越受到工程界的重视。

2. 研究的基本内容与方案

到目前为止，国内外已有大量的文献对车桥耦合振动问题进行了研究，提出了很多车桥耦合振动的数学模型。但是仍然存在很多的问题需要解决，例如：经典的解析方法很难对大跨度桥梁特别是斜拉桥和悬索桥的非线性车桥耦合振动特性作出准确的分析，这就要求我们采用非线性有限元的方法对其进行分析。

本课题主要研究内容为了解索桥耦合振动的概念，根据索桥耦合震动机理学习桥梁结构移动荷载动力分析方法，依据桥梁结构尺寸、材料信息等设计资料，利用有限元软件ansys建立大跨度斜拉桥有限元模型，接着考虑拉索局部振动的影响进行桥梁动力特性分析，然后对移动车辆荷载作用下索桥耦合振动进行分析研究，得出在移动荷载作用下斜拉桥与车辆耦合振动响应的结果。

其中，本课题重点分析拉索局部振动对桥梁动力特性的影响以及对桥梁振动响应的影响，对其受力状况进行动态分析研究，并且最后提出对桥梁设计的若干指导性建议。

3. 研究计划与安排

第 1~1 周：外文阅读与翻译。主要包括：a. 阅读有关外文文献（至少 3 篇）；b.翻译与设计任务有关的文章，要求不少于 10000 字符（原文）或不少于 5000 汉字；

第 2~2 周：收集、整理相关方面的资料，明确毕业设计任务和思路，撰写并提

交任务书及开题报告。开题报告字数不少于 1500 字，参考文献不少于 15 篇（其中外文献不少于 3 篇）；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 姚玲森. 桥梁工程 [m]. 2 版. 北京：人民交通出版社，2008.

[2] 夏禾. 桥梁工程.[m]. 北京：高等教育出版社，2011.

[3] 张仁根. 大跨度钢管混凝土拱桥设计研究［d］. 杭州：浙江大学硕士学位论文，2008.