本文選題：斜拉橋 + 拉索�。� 參考：《西南交通大學》2015年博士論文

【摘要】：斜拉索具有剛度小、阻尼小、質(zhì)量小的特點,容易在各種激勵作用下發(fā)生振動,影響橋梁結構的安全。本文結合拉索非線性振動的理論方法與有限元方法,以實際工程為背景,主要研究了鐵路斜拉橋在外部動力荷載作用下索-梁相關振動的特性,為斜拉橋的分析與設計提供參考。第2章,為了研究單根拉索的振動特性,考慮拉索大幅振動各階模態(tài)的耦合效應,推導了有垂度拉索在三維空間中大幅振動的理論方程。使用多尺度方法討論了拉索振動方程的性質(zhì),分析拉索大幅非線性振動的特性。編制計算程序,使用數(shù)值方法計算了拉索非線性振動方程,驗證了理論方法的分析結果。第3章,建立了基于單元流動坐標系(CR列式)的非線性靜力算法與動力時程積分算法,開發(fā)了非線性靜、動力有限元計算程序,使用ANSYS驗證了程序的正確性與可靠性,程序適用于拉索大幅度非線性振動的研究。第4章,根據(jù)某實際斜拉橋的拉索參數(shù),使用本文程序建立有限元模型,討論了拉索垂度、抗彎剛度、大幅振動狀態(tài)對拉索振動特性的影響,計算拉索在端點位移激勵作用下的非線性振動時程,通過和理論方程數(shù)值計算結果的對比,驗證了理論方程的可靠性與適用性,為開發(fā)本文有限元程序的“索動力單元”奠定了理論基礎。第5章,定義了本文“索-梁相關振動”的概念,認為其主要包含了拉索的強迫振動與參數(shù)振動這兩種形式。結合拉索振動的理論方程與有限元方法,開發(fā)了“索動力單元”。使用本文程序構建了較為簡單的索-梁相關振動有限元模型,用索動力單元模擬斜拉索,通過分析計算結果,總結了結構發(fā)生索-梁相關振動時的本質(zhì)規(guī)律,為斜拉橋全橋索-梁相關振動研究建立了關鍵性的理論與技術基礎。第6,7章,討論了本文使用的車橋耦合振動計算方法。基于拉索非線性振動理論方法、有限元方法、車橋耦合振動算法,使用本文程序,構建了某實際鐵路斜拉橋的全橋有限元模型,拉索使用索動力單元模擬。首先,討論了各個拉索自振頻率與全橋自振頻率的匹配關系,分析拉索發(fā)生共振的可能性；然后,分別討論了斜拉橋在自由振動、理想外激勵作用的情況下發(fā)生大幅度索-梁相關振動時的振動特性；根據(jù)本文的分析結果,討論了在列車不同工況的作用下,鐵路斜拉橋索-梁相關振動的特性,研究結果表明：對于大跨度鐵路斜拉橋,列車在設計速度范圍內(nèi)經(jīng)過橋梁時,索-梁相關振動導致拉索發(fā)生大幅度振動的可能性較小。最后,總結本文研究結果,提出了在斜拉橋設計中的避免索-梁相關振動導致拉索大幅振動的參考原則。
[Abstract]:The cable has the characteristics of low stiffness, small damping and low mass. It is easy to vibrate under various excitations and affect the safety of bridge structure. Based on the theoretical method and finite element method of cable nonlinear vibration, the characteristics of cable-beam related vibration of railway cable-stayed bridge under external dynamic loads are studied in this paper. It provides reference for the analysis and design of cable-stayed bridge. In chapter 2, in order to study the vibration characteristics of single cable, considering the coupling effect of various modes of large amplitude vibration of cable, the theoretical equation of large amplitude vibration of cable with sag is derived in three dimensional space. The properties of cable vibration equation are discussed by using multi-scale method, and the characteristics of large nonlinear vibration of cable are analyzed. The numerical method is used to calculate the nonlinear vibration equation of cable, and the analytical results of the theoretical method are verified. In chapter 3, a nonlinear static algorithm and a dynamic time-history integral algorithm based on the element flow coordinate system are established, and the nonlinear static and dynamic finite element calculation programs are developed. The correctness and reliability of the program are verified by ANSYS. The program is suitable for the study of large amplitude nonlinear vibration of cables. In chapter 4, according to the cable parameters of a practical cable-stayed bridge, the finite element model is established by using the program in this paper, and the effects of cable sag, bending stiffness and large vibration state on the cable vibration characteristics are discussed. The nonlinear vibration time history of the cable subjected to the displacement excitation at the end of the cable is calculated. The reliability and applicability of the theoretical equation are verified by comparing with the numerical results of the theoretical equation. It lays a theoretical foundation for the development of the cable dynamic element of the finite element program in this paper. In chapter 5, the concept of "cable-beam associated vibration" is defined, which mainly includes the forced vibration and parametric vibration of cable. Combined with the theoretical equation of cable vibration and finite element method, the cable dynamic element is developed. A simple finite element model of cable-beam related vibration is constructed by using the program in this paper. The cable dynamic element is used to simulate the cable-stayed cable. By analyzing and calculating the results, the essential law of the cable-beam related vibration is summarized. A key theoretical and technical foundation for the study of cable-beam related vibration of cable-stayed bridge is established. In Chapter 6 and 7, the calculation method of vehicle-bridge coupling vibration used in this paper is discussed. Based on the nonlinear vibration theory, finite element method and vehicle-bridge coupled vibration algorithm, the finite element model of a real cable-stayed railway bridge is constructed by using the program in this paper, and the cable dynamic element is used to simulate the cable. Firstly, the matching relation between the natural vibration frequency of each cable and the natural vibration frequency of the whole bridge is discussed, and the possibility of the cable resonance is analyzed, and then the free vibration of the cable-stayed bridge is discussed respectively. The vibration characteristics of cable-beam related vibration of railway cable-stayed bridge under different working conditions of railway cable-stayed bridge are discussed according to the analysis results of this paper. The results show that, for long-span railway cable-stayed bridge, the possibility of cable vibration caused by cable-beam vibration is small when the train passes through the bridge within the design speed range. Finally, the research results are summarized, and the reference principle of avoiding cable-beam vibration caused by cable-beam vibration in the design of cable-stayed bridge is put forward.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U441.3;U448.27

【參考文獻】

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本文編號：1912325