本文關(guān)鍵詞：移動載荷作用下缺陷周期性高架橋的樁—土—結(jié)構(gòu)耦合模型，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高架橋是高速鐵路的一種重要結(jié)構(gòu)形式,因此,對高速鐵路高架橋在列車移動荷載作用下的振動及其控制的研究有十分重要的工程實際意義。本文主要研究缺陷周期性高架橋在移動載荷作用下的動力響應,對缺陷跨所引起的規(guī)則周期性高架橋動力特性的改變進行了理論分析和數(shù)值計算,研究成果可作為對高架橋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計和振動控制的理論依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容包括:(1)剛性支撐規(guī)則周期性高架橋(ROPV)在移動載荷作用下的動力響應。利用Fourier變換,得到移動載荷在頻率波數(shù)域內(nèi)的表達式,這樣原問題就轉(zhuǎn)化為求ROPV受頻率波數(shù)域內(nèi)的單位簡諧荷載作用的動力響應問題。利用ROPV每跨梁和墩的有限元方程,梁-梁-墩聯(lián)接處的聯(lián)接條件以及簡諧載荷作用下ROPV每跨的周期性條件,可得單位簡諧荷載作用下ROPV單跨的有限元方程,由此可得ROPV在移動載荷作用下的動力響應;利用ROPV單跨的有限元方程還可建立ROPV的特征方程。數(shù)值結(jié)果表明單位水平載荷作用下梁截面的軸向位移和軸力比單位豎直載荷作用下的相應量大若干量級;而對梁截面的橫向位移,轉(zhuǎn)角,剪力和彎矩,情況則相反。在高速載荷作用下,頻域響應共振峰較少;對垂直荷載,ROPV的第一、第二和第三通帶都有共振峰,但主共振峰位于第一或第二通帶;對水平荷載,共振峰則都處在第一通帶內(nèi),即能量更加集中在低頻部分。(2)剛性支撐缺陷周期性高架橋(RDPV)在移動載荷作用下的動力響應。與ROPV的情形類似,可將求RDPV對移動載荷的動力響應問題轉(zhuǎn)化為求RDPV對頻率波數(shù)域內(nèi)的單位簡諧荷載的動力響應問題。后者可進一步化歸為用有限元方法求解左、右半無限周期性高架橋和缺陷跨等三個問題。左、右半無限周期性高架橋中的波場可分解為假設無缺陷跨時的自由波場和由缺陷跨所引起的散射波場。對左、右半無限周期性高架橋和缺陷跨分別應用有限元方法可得自由波場和散射波場。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn),缺陷跨會導致附加的缺陷態(tài)頻率;缺陷跨的出現(xiàn)不改變和ROPV相關(guān)聯(lián)的共振峰位置;由于散射波的高度衰減性,缺陷的影響往往局限在缺陷跨及其附近,而對遠離缺陷跨的各跨,影響不明顯。(3)樁基礎支撐周期性高架橋(POPV)和樁基礎支撐缺陷周期性高架橋(PDPV)在移動載荷作用下的動力響應。為考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用效應對結(jié)構(gòu)動力響應的影響,建立了頻率波數(shù)域內(nèi)樁土邊界元模型以確定樁基礎柔度,并通過其來實現(xiàn)上、下部結(jié)構(gòu)的耦合。對POPV和PDPV上部結(jié)構(gòu)的有限元處理和剛性支撐情形類似,區(qū)別在于這里須考慮墩底和樁頂?shù)穆?lián)結(jié)條件。通過對耦合與剛性支撐情形數(shù)值結(jié)果的比較,發(fā)現(xiàn)ROPV和POPV頻域響應的共振峰位置相同,但后者的峰值較前者小;ROPV和POPV時域響應幅值相當,但后者衰減較前者快。造成差異的原因是,POPV存在能量輻射,其特征波阻尼要大于ROPV的特征波阻尼,故而其特征波衰減更快。PDPV的缺陷跨及其附近也存在振動局域化,與RDPV不同的是,這里缺陷態(tài)頻率數(shù)量較少甚至沒有明顯的缺陷態(tài)頻率。(4)提出了缺陷周期性高架橋受等間距移動荷載列作用時的共振和消振條件。此條件普遍適用于工程中含缺陷單元的直線型周期性結(jié)構(gòu)。當?shù)乳g距荷載列中相鄰荷載時間間隔等于結(jié)構(gòu)在相應單荷載作用下頻域某主峰周期的整數(shù)倍時,將產(chǎn)生共振;當時間間隔等于主峰周期的半整數(shù)倍時,會產(chǎn)生消振現(xiàn)象。只有在單個載荷作用下頻域內(nèi)共振峰個數(shù)不多的條件下,受同樣速度等間距移動荷載列時,才會出現(xiàn)較明顯的共振和消振現(xiàn)象。(5)建立了單個豎向和水平載荷功率和拖拽力的表達式。通過數(shù)值模擬分析二者隨速度的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在v=0~300m/s范圍內(nèi),對豎直和水平載荷,速度在v=170 m/s及v=240m/s左右,移動載荷經(jīng)過一跨的功率相對較大。移動載荷經(jīng)過ROPV和POPV代表性跨的平均功率和拖拽力隨速度的變化規(guī)律類似。在v=0~150m/s范圍內(nèi),考慮樁-土-結(jié)構(gòu)耦合作用后,豎向移動載荷通過PDPV缺陷跨的平均功率和拖拽力比沒有考慮耦合作用的略小,而對水平載荷的情形,二者的值則比沒考慮耦合作用時大。
【關(guān)鍵詞】：移動載荷 缺陷周期性高架橋 樁-土-結(jié)構(gòu)共同作用 有限元法 邊界元
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 主要符號表13-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 選題依據(jù)、目的和意義15-16
• 1.2 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 受移動載荷作用的橋梁16-17
• 1.2.2 一維周期性梁類結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究17-19
• 1.2.3 周期性結(jié)構(gòu)的缺陷態(tài)和振動局域化19-20
• 1.2.4 樁-土-高架橋結(jié)構(gòu)相互作用20-21
• 1.3 現(xiàn)有研究存在的問題21
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點21-23
• 第二章 剛性支撐周期性高架橋在移動載荷作用下的有限元模型23-51
• 2.1 剛性支撐規(guī)則周期性高架橋受移動載荷作用的簡化力學模型23-24
• 2.2 周期性高架橋在移動載荷作用下動力響應的表達式24-25
• 2.3 有限元法解剛性支撐周期性高架橋在單位簡諧荷載作用下的動力響應25-32
• 2.3.1 梁、墩的控制方程25-26
• 2.3.2 單跨有限元運動方程26-31
• 2.3.3 剛性支撐周期性高架橋在單位簡諧荷載作用下的動力響應31-32
• 2.4 剛性支撐周期性高架橋的有限元特征方程32-33
• 2.5 單個載荷的功率和拖拽力33-34
• 2.6 模型驗證和算例分析34-46
• 2.6.1 模型驗證34-35
• 2.6.2 剛性支撐周期性高架橋的能帶35-37
• 2.6.3 剛性支撐周期性高架橋計算跨左截面的動力響應37-45
• 2.6.4 移動載荷過ROPV代表性跨的平均功率和拖拽力45-46
• 2.7 本章小結(jié)46-47
• 本章附錄47-51
• 第三章 剛性支撐缺陷周期性高架橋在移動載荷作用下的有限元模型51-74
• 3.1 剛性支撐缺陷周期性高架橋受移動載荷作用的簡化力學模型51-52
• 3.2 有限元法解剛性支撐缺陷周期性高架橋受單位簡諧荷載作用的響應52-55
• 3.3 缺陷周期性高架橋在等間距荷載列作用下的共振與消振條件55-56
• 3.4 模型驗證和算例分析56-72
• 3.4.1 模型驗證56-57
• 3.4.2 不同缺陷對剛性支撐缺陷周期性高架橋在豎向單位移動載荷作用下頻域響應的影響57-64
• 3.4.3 不同缺陷對剛性支撐缺陷周期性高架橋在水平單位移動載荷作用下頻域響應的影響64-65
• 3.4.4 剛性支撐缺陷周期性高架橋在豎向單位移動載荷作用下第?30跨到第30跨左端截面的頻域響應65-66
• 3.4.5 單位移動載荷作用下剛性支撐高架橋缺陷跨左端及其周圍標準跨左端的時域響應66-67
• 3.4.6 缺陷跨左、右端頻域響應的比較67-68
• 3.4.7 等間距荷載列作用下剛性支撐缺陷周期性高架橋的共振與消振現(xiàn)象68-71
• 3.4.8 移動載荷過RDPV缺陷跨的平均功率和拖拽力71-72
• 3.5 本章小結(jié)72-74
• 第四章 樁基礎支撐周期性高架橋在移動載荷作用下的動力響應74-95
• 4.1 樁基礎支撐規(guī)則周期性高架橋受移動載荷作用的簡化力學模型74-75
• 4.2 樁土相互作用的邊界元模型75-78
• 4.2.1 頻率波數(shù)域內(nèi)樁土耦合邊界元模型的建立75-77
• 4.2.2 樁基礎的柔度77-78
• 4.3 樁基礎支撐周期性高架橋在單位簡諧荷載作用下的的動力響應78-80
• 4.4 樁基礎支撐周期性高架橋的有限元特征方程80-81
• 4.5 模型驗證和算例分析81-94
• 4.5.1 樁基礎柔度結(jié)果81-82
• 4.5.2 模型驗證82-83
• 4.5.3 樁基礎支撐周期性高架橋的能帶83-84
• 4.5.4 樁基礎支撐周期性高架橋計算跨左截面的動力響應84-89
• 4.5.5 樁基礎支撐周期性高架橋計算跨墩頂截面的動力響應89-92
• 4.5.6 移動載荷過POPV代表性跨的平均功率和拖拽力92-94
• 4.6 本章小結(jié)94
• 本章附錄94-95
• 第五章 樁基礎支撐缺陷周期性高架橋在移動載荷作用下的動力響應95-110
• 5.1 樁基礎支撐缺陷周期性高架橋受移動載荷作用的簡化力學模型95
• 5.2 有限元法解樁基礎支撐缺陷周期性高架橋?qū)挝缓喼C荷載的動力響應95-97
• 5.3 模型驗證和算例分析97-109
• 5.3.1 模型驗證97-98
• 5.3.2 不同缺陷對單位移動載荷作用下缺陷跨左端響應的影響98-100
• 5.3.3 不同缺陷對豎向單位移動載荷作用下缺陷跨墩頂響應的影響100-104
• 5.3.4 不同缺陷對水平單位移動載荷作用下缺陷跨墩頂響應的影響104-105
• 5.3.5 等間距荷載列作用下樁基礎支撐缺陷周期性高架橋的共振與消振現(xiàn)象105-108
• 5.3.6 移動載荷過PDPV缺陷跨的平均功率和拖拽力108-109
• 5.4 本章小結(jié)109-110
• 第六章 結(jié)論與展望110-113
• 6.1 本文研究結(jié)論110-111
• 6.2 展望111-113
• 參考文獻113-122
• 致謝122-123
• 在學期間參與課題與完成論文123

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  本文關(guān)鍵詞：移動載荷作用下缺陷周期性高架橋的樁—土—結(jié)構(gòu)耦合模型，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：444304