本文關(guān)鍵詞：車橋耦合振動(dòng)數(shù)值模型的確定性和不確定性分析方法

  更多相關(guān)文章： 車橋耦合 數(shù)值模型 模型對(duì)比 區(qū)間分析

【摘要】：作為橋梁結(jié)構(gòu)承受的重要荷載之一,車輛荷載是新橋設(shè)計(jì)、既有橋梁評(píng)估和養(yǎng)護(hù)中需要考慮的重要因素。相比于靜力車輛車載,移動(dòng)車輛荷載由于路面不平整度的激勵(lì)等作用,通常會(huì)引起更大的橋梁動(dòng)力響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)這種動(dòng)力效應(yīng)受到很多因素的影響,如橋梁跨徑或基頻、路面不平整度、車輛懸掛系統(tǒng)、車速、車重等。由于該車橋耦合振動(dòng)(Vehicle-Bridge Interaction,簡(jiǎn)稱VBI)問(wèn)題的復(fù)雜性,以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的操作不便性和成本因素,研究者提出了許多VBI數(shù)值模型來(lái)模擬移動(dòng)車輛荷載作用下橋梁的動(dòng)力響應(yīng)。然而,至今較少有工作全面對(duì)比過(guò)在不同情況下現(xiàn)有數(shù)值模型的準(zhǔn)確性、計(jì)算效率和適用性。另一方面,大部分研究采用的是確定性分析方法,對(duì)車橋系統(tǒng)中內(nèi)在的不確定性,特別是非概率型不確定性考慮不足,這將對(duì)預(yù)測(cè)移動(dòng)車輛荷載作用下橋梁動(dòng)力響應(yīng)造成偏差。因此,本文從確定性和不確定性兩個(gè)方面研究了車橋耦合振動(dòng)系統(tǒng),期望提供一個(gè)對(duì)VBI系統(tǒng)更深入的認(rèn)識(shí)以及在不同分析情況下選擇合適VBI模型提供參考。主要內(nèi)容有：(1)確定性分析方面：建立現(xiàn)有幾種主流VBI模型。橋梁選用的是常見(jiàn)的公路雙車道梁板式簡(jiǎn)支梁,分別用Euler—Bernoulli梁理論、梁格法、梁—?dú)そM合法、實(shí)體單元建模。車輛荷載選用美國(guó)AASHTO HS20-44荷載,分別用移動(dòng)力、移動(dòng)質(zhì)量、彈簧—阻尼—質(zhì)量(Spring-Damper-Mass,簡(jiǎn)稱SDM)系統(tǒng)建模。其中SDM模型中又分為單點(diǎn)接觸(Single-Point-Contact,簡(jiǎn)稱SPC)和多點(diǎn)接觸(Multiple-Point-Contact,簡(jiǎn)稱MPC)輪胎模型。路面不平整度基于ISO 8608功率譜生成,并分為全相關(guān)(Fully-Correlated,簡(jiǎn)稱FC)和部分相關(guān)(Partially-Correlated,簡(jiǎn)稱PC)兩種情況。文章對(duì)比了不同模型間的幾種不同的橋梁響應(yīng)和車輪接觸力,研究了VBI系統(tǒng)各組件(橋梁模型、車輛模型、路面不平整度模型)不同建模方式對(duì)預(yù)測(cè)橋梁響應(yīng)的影響。同時(shí)對(duì)不同VBI模型的計(jì)算效率給出了對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)橋梁響應(yīng)計(jì)算的準(zhǔn)確性受到所使用橋梁模態(tài)階數(shù)的影響；不同橋梁模型單元和車輪模型對(duì)橋梁加速度的影響比對(duì)撓度的影響要大。(2)不確定性分析方面：提出了一種在考慮VBI系統(tǒng)中各參數(shù)不確定性的情況下預(yù)測(cè)橋梁響應(yīng)的方法。這些橋梁和車輛中的不確定性采用了區(qū)間變量而非傳統(tǒng)己知概率分布的隨機(jī)變量來(lái)表示。首先建立了一個(gè)沒(méi)有解析解且能考慮路面不平整度的三維VBI系統(tǒng)。再引入基于一階Taylor展開(kāi)的區(qū)間分析方法(Interval Analysis Method,簡(jiǎn)稱IAM),將橋梁跨中撓度和彎矩顯示的表達(dá)為關(guān)于區(qū)間變量的函數(shù)。鑒于直接區(qū)間運(yùn)算可能帶來(lái)過(guò)于保守的計(jì)算結(jié)果,本文采用了粒子群算法求解橋梁響應(yīng)的上下邊界。同時(shí)利用子區(qū)間技術(shù)進(jìn)一步提高了IAM的精度。通過(guò)給出的算例,發(fā)現(xiàn)相比于傳統(tǒng)的Monte Carlo方法,該IAM能夠在不損失較大精度的情況下只需較少的運(yùn)算次數(shù)就能求得橋梁響應(yīng)邊界。這表示該方法能快速高效的處理含有區(qū)間不確定性的復(fù)雜VBI系統(tǒng)。最后,文章給出了在橋梁和車輛信息有限的情況下利用IAM預(yù)測(cè)一座實(shí)橋的車致響應(yīng)的例子。
【關(guān)鍵詞】：車橋耦合 數(shù)值模型 模型對(duì)比 區(qū)間分析
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-25
• 1.1 研究背景及意義14-23
• 1.1.1 場(chǎng)地試驗(yàn)15-16
• 1.1.2 數(shù)值模擬16-18
• 1.1.3 車橋耦合振動(dòng)的參數(shù)分析18-22
• 1.1.4 車橋耦合振動(dòng)的不確定性分析22-23
• 1.2 車橋耦合振動(dòng)數(shù)值模型研究存在的問(wèn)題及不足23-24
• 1.2.1 確定性模型分析23-24
• 1.2.2 不確定性模型分析24
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第2章 車橋耦合振動(dòng)數(shù)值模型確定性分析25-45
• 2.1 分析模型25-30
• 2.1.1 橋梁模型25-26
• 2.1.2 車輛模型26
• 2.1.3 路面不平整度模型26-30
• 2.2 車橋振動(dòng)系統(tǒng)30-31
• 2.2.1 移動(dòng)力模型30
• 2.2.2 移動(dòng)質(zhì)量模型30-31
• 2.2.3 SDM模型31
• 2.3 模型驗(yàn)證31-32
• 2.4 數(shù)值模擬研究32-43
• 2.4.1 橋梁模型的影響33-38
• 2.4.2 車輛模型的影響38-41
• 2.4.3 路面不平整度模型的影響41-43
• 2.5 計(jì)算效率43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 車橋耦合振動(dòng)數(shù)值模型不確定性分析45-64
• 3.1 車橋耦合振動(dòng)系統(tǒng)45-46
• 3.2 針對(duì)車橋耦合振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的區(qū)間分析方法46-51
• 3.3 數(shù)值算例51-59
• 3.3.1 橋梁撓度響應(yīng)區(qū)間54-57
• 3.3.2 橋梁彎矩響應(yīng)區(qū)間57-59
• 3.3.3 區(qū)間分析方法計(jì)算效率59
• 3.4 實(shí)橋應(yīng)用算例59-63
• 3.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 1.本文研究?jī)?nèi)容及主要結(jié)論64
• 2.需要進(jìn)一步深入研究?jī)?nèi)容的展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-76
• 致謝76-77
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)77

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本文編號(hào)：632551