【技术实现步骤摘要】
一种公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动分析方法
本专利技术涉及桥梁工程防灾减灾
,具体为一种公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动分析方法。
技术介绍
21世纪以来,世界桥梁进入了建设跨海联岛工程的新时期。我国相继建成了东海大桥、杭州湾大桥、青岛海湾大桥等跨海大桥。目前,港珠澳大桥即将建成通车,大连湾跨海大桥、六横跨海大桥、深中通道工程已开工建设,跨越琼州海峡、渤海海峡的巨型跨海通道工程正在规划研究。在国际上,世界各国也都在加快规划研究规模宏伟的跨越海湾、连接岛屿与大陆的跨海交通工程,如:跨越直布罗陀海峡、挪威沿海诸岛、印尼巽他海峡等的跨海通道工程。随着桥梁建设从内陆走向外海,面临着深水、强风、巨浪、急流等恶劣海洋环境的严峻挑战。2004年9月16日,飓风“伊万”伴随着时速达220km/h的风暴、24m高的巨浪严重冲击美国阿拉巴马海岸,给海洋基础设施和沿岸设施造成了极大的破坏。2005年8月底,飓风Katrina猛烈冲击了墨西哥湾沿岸,摧毁了墨西哥湾沿岸路易斯安那州、密西西比州和阿拉巴马州的工程基础设施,严重破坏了公路桥梁,造成大面积交通瘫痪,给救灾工作带来巨大的困难,造成超过25万人流离失所、1000多人死亡,经济损失超过了1000亿美元。2017年8月25日夜间,飓风“哈维”以130英里/小时的风速登陆得州南部石港,并对附近城镇柯珀斯克里斯蒂造成严重影响,“哈维”飓风至少造成60多人死亡、10万户住宅损毁、3.2万人被迫进入避难所、130万人受灾。在海洋环境中,强风、巨浪、海流之间具有强烈的耦合性,已成为跨海桥梁的主要控制性荷载。尤其是跨海特大型桥梁 ...
【技术保护点】
一种公铁两用桥梁车‑桥‑风浪流耦合振动分析方法,其特征在于,该方法包括:根据车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)和风浪流耦合场子系统(3)之间的静力和动力相互作用以及位移协调关系,建立公铁两用桥梁车‑桥‑风浪流耦合振动方程;对公铁两用桥梁车‑桥‑风浪流耦合振动方程求解得到车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)的动力响应;以及根据车辆子系统(1)和桥梁子系统(2)的动力响应,计算并评价风浪流耦合作用下车辆子系统(1)中汽车(4)和列车(5)通过公铁两用桥梁时的运行安全性和舒适性。
【技术特征摘要】
1.一种公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动分析方法,其特征在于,该方法包括:根据车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)和风浪流耦合场子系统(3)之间的静力和动力相互作用以及位移协调关系,建立公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动方程;对公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动方程求解得到车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)的动力响应;以及根据车辆子系统(1)和桥梁子系统(2)的动力响应,计算并评价风浪流耦合作用下车辆子系统(1)中汽车(4)和列车(5)通过公铁两用桥梁时的运行安全性和舒适性。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)和风浪流耦合场子系统(3)之间的静力和动力相互作用以及位移协调关系,建立公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动方程的步骤中,将车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)和风浪流耦合场子系统(3)作为统一的系统,其中:所述车辆子系统(1)包括汽车(4)和列车(5),汽车(4)和列车(5)均采用由质量、弹簧和阻尼器组成的多刚体系统进行模拟;所述桥梁子系统(2)采用有限单元法模拟,其中,桥塔(6)、主梁(7)和深水基础(8)采用三维梁单元模拟,缆索(9)采用三维杆单元模拟;所述风浪流耦合场子系统(3)采用谐波合成法模拟,包括三维随机风场(10)和随机浪-流耦合场(11)。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述汽车(4)与所述主梁(7)的相互作用包括车轮与桥面之间的竖向接触力和横向接触力,分为由桥面不平顺引起的激励力和由桥梁变位引起的耦合力;所述列车(5)与所述主梁(7)之间的相互作用包括轮对与轨道之间的竖向轮轨力和横向轮轨力,分为由轨道不平顺引起的激励力和由桥梁变位引起的耦合力;所述风浪流耦合场子系统(3)对车辆子系统(1)的作用包括空气静力和非定常抖振力;风浪流耦合场子系统(3)对桥梁子系统(2)的作用,包括作用在桥塔(6)、主梁(7)和缆索(9)上的空气静力、非定常抖振力、自激气动力,及作用在深水基础(8)上的静水恢复力、浪-流耦合激振力及浪-流耦合辐射力,其中,作用在主梁(7)上的自激气动力应考虑车辆子系统(1)与主梁(7)二者共同对风场的影响。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据车辆子系统(1)、桥梁子系统(2)和风浪流耦合场子系统(3)之间的静力和动力相互作用以及位移协调关系,建立公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动方程的步骤中,所述建立的公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动方程表示为,式中,M,C,K和F分别表示质量,阻尼,刚度矩阵和力向量;X、和分别表示位移、速度和加速度;上标或下标c,v和b分别表示汽车(4)、列车(5)和桥梁子系统(2);上标ae和hy分别表示三维随机风场(10)和随机浪-流耦合场(11);和分别表示桥梁子系统(2)和三维随机风场(10)对汽车(4)的作用力;和分别表示桥梁子系统(2)和三维随机风场(10)对列车(5)的作用力;和分别表示汽车(4)和列车(5)对桥梁子系统(2)的作用力;和分别表示三维随机风场(10)和随机浪-流耦合场(11)对桥梁子系统(2)的作用力。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,和表示为式中,表示汽车(4)受到的桥面不平顺激励力;表示桥梁子系统(2)对汽车(4)的耦合作用力;和分别表示三维随机风场(10)对汽车(4)的空气静力和非定常抖振力。6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,和表示为式中,表示列车(5)受到的轨道不平顺激励力;表示桥梁子系统(2)对列车(5)的耦合作用力;和分别表示三维随机风场(10)对列车(5)的空气静力和非定常抖振力。7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,和表示为
【专利技术属性】
技术研发人员:刘高,张喜刚,陈上有,王昆鹏,
申请(专利权)人:中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司,
类型:发明
国别省市:北京,11
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