汽车与桥梁耦合振动理论及工程应用

汽车与桥梁耦合振动是影响桥梁结构性能和行车舒适性、安全性的重要因素，相关研究可为桥梁设计和运营维护提供理论和技术支撑。本书主要介绍汽车与桥梁耦合振动的研究现状及展望，汽车与桥梁耦合振动分析理论和方法及相关计算模型的建立，桥梁车载动力性能的分析与评估，考虑随机车流、汽车制动和曲线梁桥等特殊条件的车桥振动分析，考虑车桥振动的装配式梁桥横向联系疲劳评估，考虑腐蚀与风车联合作用的斜拉桥拉索疲劳可靠性分析，基于车激动力响应的桥梁下部结构损伤诊断方法，以及上述研究内容在公路和城市桥梁工程中的应用实例。本书可供土木工程和交通运输工程等领域的科研和工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业的研究生教材和教学参考书。

第1章绪论1
1.1汽车与桥梁耦合振动概述1
1.2汽车与桥梁耦合振动研究现状3
1.2.1车桥耦合振动分析理论与数值仿真研究现状5
1.2.2车桥耦合振动应用研究9
1.3汽车与桥梁耦合振动研究展望13
参考文献14
第2章汽车与桥梁动力相互作用分析方法19
2.1汽车动力分析模型19
2.1.1汽车类型19
2.1.2车辆分析模型20
2.1.3典型车型运动方程推导23
2.1.4多车运动方程41
2.2桥梁动力分析模型42
2.2.1桥梁分析模型42
2.2.2桥梁运动方程的建立43
2.3桥面不平度44
2.3.1桥面不平顺的概念44
2.3.2随机桥面不平度的表示方法44
2.3.3桥面不平度的数值模拟47
2.4汽车与桥梁耦合振动分析模型48
2.4.1车桥耦合运动方程的建立和求解48
2.4.2车桥耦合振动响应的后处理方法53
2.5车桥振动分析程序及试验验证53
2.5.1车桥振动分析程序简介53
2.5.2试验桥梁概况55
2.5.3桥梁现场动力试验57
2.5.4车桥振动分析模型57
2.5.5程序验证59
参考文献61
第3章移动汽车作用下桥梁动力性能的分析与评价63
3.1桥梁车载动力性能的评价标准63
3.1.1汽车对桥梁的动力冲击系数63
3.1.2行车舒适性评价指标与方法64
3.1.3行人振动舒适性评价标准67
3.2工程概况与分析模型的建立67
3.2.1工程概况67
3.2.2车桥振动分析模型69
3.3桥梁动力试验及结构性能评价71
3.3.1动力试验71
3.3.2桥梁动力参数识别及性能评价72
3.4车桥振动分析模型验证75
3.4.1桥梁有限元模型修正75
3.4.2车桥耦合振动分析程序的验证76
3.5基于数值分析的桥梁车载动力性能分析与评价77
3.5.1移动车辆对桥梁的冲击效应分析77
3.5.2振动舒适性评价80
参考文献84
第4章特殊条件下汽车与桥梁动力相互作用分析方法85
4.1基于维度时变原理的随机车流与桥梁耦合振动分析方法85
4.1.1研究背景85
4.1.2随机车流模拟方法86
4.1.3车桥耦合振动分析原理86
4.1.4分析流程与关键步骤处理87
4.1.5方法实现过程算例89
4.1.6工程实例分析92
4.1.7结论96
4.2曲线梁桥车桥振动分析方法96
4.2.1研究背景96
4.2.2曲线梁桥车桥振动分析模型97
4.2.3工程实例分析102
4.2.4结论114
4.3汽车制动激励下桥梁动力响应分析方法115
4.3.1研究背景115
4.3.2考虑车辆制动的车桥耦合振动分析模型115
4.3.3考虑汽车制动激励的车桥耦合振动分析程序的试验验证118
4.3.4汽车制动作用下桥梁下部结构动力响应特征分析121
4.3.5结论132
参考文献133
第5章考虑车桥振动的装配式梁桥横向联系疲劳评估135
5.1面向疲劳评估的移动汽车下桥梁动力行为分析135
5.1.1典型汽车荷载135
5.1.2桥例及其有限元模型的建立137
5.1.3横向联系结构疲劳热点位置分析141
5.1.4典型重车下横隔梁动力放大系数分析144
5.2考虑多因素影响的既有混凝土梁桥横隔梁的疲劳损伤评估149
5.2.1简述149
5.2.2疲劳车辆荷载谱150
5.2.3横隔梁热点部位应力谱计算155
5.2.4疲劳损伤评估理论158
5.2.5随机车载下的横隔梁疲劳损伤评定163
5.2.6考虑桥面不平度状况退化影响的横隔梁疲劳损伤分析167
5.2.7多向应力效应对疲劳损伤的影响分析171
5.2.8结论172
5.3车辆超载对横隔梁疲劳损伤的影响173
5.3.1车辆超限超载评定依据173
5.3.2超载运营实测数据175
5.3.3车辆超载对横隔梁连接钢板疲劳损伤的影响176
5.3.4超载条件下横隔梁疲劳损伤的影响参数181
5.3.5在役桥梁的疲劳寿命评估及运营管理建议183
5.3.6主要结论184
参考文献185
第6章风车联合作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性分析187
6.1风车联合作用下大跨桥梁动力响应的叠加分析方法187
6.1.1桥例概况与有限元建模188
6.1.2风车桥系统的动力分析模型192
6.1.3风车联合作用叠加分析方法的原理和理论框架197
6.1.4风车联合作用下结构响应叠加分析方法的适用性209
6.2考虑双重随机性的风车联合作用下斜拉桥拉索疲劳可靠性分析215
6.2.1随机交通荷载模拟215
6.2.2风荷载概率模型220
6.2.3运营条件下桥梁结构应力循环块的计算流程222
6.2.4斜拉索疲劳可靠性分析方法223
6.2.5算例分析225
6.3腐蚀对运营斜拉桥拉索疲劳可靠性的影响232
6.3.1考虑腐蚀影响的斜拉索疲劳抗力模型233
6.3.2考虑腐蚀影响的斜拉索疲劳可靠性分析方法236
6.3.3算例分析239
参考文献244
第7章基于车桥耦合振动的桥梁下部结构损伤识别研究247
7.1概述247
7.1.1研究背景247
7.1.2研究意义248
7.2桥梁下部结构损伤对移动车辆下桥梁动力响应的影响248
7.2.1支座损伤的影响249
7.2.2桥墩损伤的影响250
7.2.3基础冲刷的影响252
7.3基于小波包能量的结构损伤识别理论253
7.3.1小波变换254
7.3.2小波包的基本原理257
7.3.3小波包子空间分解258
7.3.4小波包节点能量261
7.3.5小波包能量方差变化率指标262
7.3.6小波基函数与小波包分解层的选择263
7.4基于车辆制动与小波包分解的桥梁下部结构损伤识别方法264
7.5基于WPEVVR的损伤识别方法数值分析265
7.5.1动力响应数据采集位置265
7.5.2支座损伤识别265
7.5.3桥墩损伤识别267
7.5.4基础冲刷识别269
7.6多种因素对下部结构损伤识别的影响271
7.6.1桥面不平度的影响272
7.6.2汽车制动位置的影响273
7.6.3车辆初始速度的影响275
7.6.4车重的影响276
7.7损伤识别方法的抗噪性能分析277
7.8基于损伤模式反演的基础冲刷深度诊断方法278
7.8.1多桥墩基础冲刷对损伤识别指标的耦合影响279
7.8.2基于损伤模式反演分析的基础冲刷深度诊断280
7.8.3反演分析样本数对识别结果的影响283
7.9结论286
参考文献286