车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究

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1、DALIANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY擂士莩位佗文—■■“▲、■，▲■、车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究学科专业——作者姓名指忌教师张亚辉教授——欧迎数援答辩日期博士学位论文车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究作者姓名失丹阳学号指导教师张亚辉教授欧阳华江教授学科、专业动力学与控制完成日期年月大理工大摩大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已

2、经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究作者签名：日期：年月斤日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数倌方法研究作者签名：日期：年月甚曰导师签名：、？一日期：年月彳日答辩委员会主席：良日期：年月彳日大连理工大学博士学位论文摘要车辆桥梁耦合系统是一个时变的复杂动力学系统。随着车速不断提高，行车密度不断增加，载重量的不断增大，车辆与桥梁耦合系统的动力特性与振动控制越来越受到人们的重视。另外，随着高速公路和高速铁路的迅猛发展，桥梁在线路中所占的比重越来越大，地震发生时车辆在桥梁上的机率大为增加。此时，路面轨道不平顺以及可能

4、发生的脱离会导致系统内部存在时频非平稳随机性与非线性作用关系，而桥梁高柔性、低阻尼的动力特性使其对地震地面运动随机场的非均匀性和非平稳性更为敏感。车桥耦合系统动力相互作用问题的求解可分为时变方法和迭代方法两种。时变方法将耦合系统作为一个整体，应用逐步积分方法对时变运动方程组直接进行求解。迭代方法将车辆与桥梁分别作为两个独立的子系统，通过他们之间的相互作用关系，经过多次迭代从而得到整个系统的动力响应。迭代方法突出的优点是将车辆和桥梁子系统作为常规的结构动力学问题进行分析，可以避免时变方法中因车桥系统参数差异过大可能引起的系数矩阵病态

5、问题。本文在车桥耦合系统传统迭代方法基础上，提出基于车桥相互作用力预估格式的免迭代方法，在保证计算精度的前提下显著提高了计算效率，并且将车辆与桥梁之间复杂的连接关系与方程的求解相剥离。研宄了车辆与桥梁之间力的传递方式，建立了考虑车轮与桥梁脱离及随机路面不平顺的线性互补方法，进一步发展了车桥耦合系统多点非平稳随机地震作用下随机响应分析模型和高效求解方法。具体研宄内容包括：针对桥梁在移动力作用下的动力响应分析问题，提出了一种基于有限元模型和积分的解析方法。该方法通过构造桥面分段连续形函数，得到了移动力作用下桥梁动力响应的解析表达；在计

6、算中通过对积分的分解变换，利用积分的可加性，极大地减少了计算时间，并可方便地获得多个移动力下桥梁的共振和相消条件。提出了一种基于车桥相互作用力预估格式的免迭代方法。该方法兼顾计算精度和效率，对于线性或非线性连接条件，均可通过预测得到当前时刻车辆与桥梁间的相互作用力，采用精细积分方法分别对车辆、桥梁子系统直接进行求解，从而避免了传统迭代方法复杂、耗时的迭代过程，在保证计算精度的前提下显著提高了计算效率。通过构造车轮与桥梁之间相对位移和相互作用力间的线性互补关系，建立了考虑车轮与桥梁脱离和路面不平顺的动力学分析模型。无论车轮是否脱离、

7、车辆模型如何复杂，该方法都可以采用统一的运动方程进行描述。在求解中不需要在每一时间步内对接触状态进行判断，避免了一般算法“假设一判断一迭代”的过程。建立了车辆桥梁耦合系统在非平稳多点地震作用下考虑路面不平顺的随机动力车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研宄响应分析方法。通过将预估免迭代算法与虚拟激励法相结合，建立了同时考虑轨道不平顺和多点地震的行波效应、部分相干效应和场地效应的大型斜拉桥梁车辆耦合系统随机动力响应分析高效分析算法，研宄了地震动及其空间效应、路面不平顺和车辆行驶速度等因素对车桥耦合系统随机动力响应的影响，并

8、进一步从随机振动角度研究了地震对车轮与桥梁脱离的影响。关键词：结构动力学；车桥耦合系统；随机振动；地震动空间效应大连理工大学博士学位论文，车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研宂大连理工大学博士学位论文目录录主要符号表绪论研宄背景和意义国