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汽車與橋梁耦合振動是影響橋梁結(jié)構(gòu)性能和行車舒適性、安全性的重要因素,相關(guān)研究可為橋梁設(shè)計和運營維護(hù)提供理論和技術(shù)支撐。本書主要介紹汽車與橋梁耦合振動的研究現(xiàn)狀及展望,汽車與橋梁耦合振動分析理論和方法及相關(guān)計算模型的建立,橋梁車載動力性能的分析與評估,考慮隨機(jī)車流、汽車制動和曲線梁橋等特殊條件的車橋振動分析,考慮車橋振動的裝配式梁橋橫向聯(lián)系疲勞評估,考慮腐蝕與風(fēng)車聯(lián)合作用的斜拉橋拉索疲勞可靠性分析,基于車激動力響應(yīng)的橋梁下部結(jié)構(gòu)損傷診斷方法,以及上述研究內(nèi)容在公路和城市橋梁工程中的應(yīng)用實例。本書可供土木工程和交通運輸工程等領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員參考,也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材和教學(xué)參考書。

汽車荷載是公路和城市橋梁運營期內(nèi)主要的外部作用，移動汽車與橋梁的動力相互作用已成為影響橋梁結(jié)構(gòu)性能、安全狀態(tài)和車輛運行平順性等指標(biāo)的重要因素。隨著公路物流業(yè)朝著高速化和重型化方向快速發(fā)展，同時新工藝、新材料、新技術(shù)的應(yīng)用促使橋梁結(jié)構(gòu)不斷向大跨和輕型化方向發(fā)展，移動車輛引起的橋梁動力效應(yīng)越發(fā)顯著，汽車與橋梁耦合振動問題正得到越來越多的關(guān)注與重視。
近年來國內(nèi)外橋梁垮塌事故頻發(fā)，究其原因，除洪水、地震等自然因素和施工等人為因素的影響外，橋梁長期累積損傷和外部環(huán)境的聯(lián)合作用是重要的因素。工程實例表明，汽車荷載與橋梁的耦合動力行為已成為導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)性能持續(xù)劣化乃至發(fā)生惡性事故的重要影響因素，移動車輛動力作用對橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和長期服役安全的影響問題不容忽視。同時，汽車與橋梁動力相互作用也是影響過橋車輛運行舒適性和安全性的重要因素。此外，基于車橋耦合振動的橋梁結(jié)構(gòu)診斷與檢測研究也成為新的研究熱點。
基于上述背景，筆者近年來在汽車與橋梁耦合振動理論及工程應(yīng)用方面開展了一系列研究工作，本書是對其中部分工作的總結(jié)。全書共分為七章，第１章介紹了汽車與橋梁振動領(lǐng)域的相關(guān)研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望；第２章推導(dǎo)建立了公路常見車型的動力分析模型，形成了基于模態(tài)綜合技術(shù)的車橋耦合振動分析方法，并開發(fā)了相應(yīng)的分析程序，進(jìn)而通過工程實例進(jìn)行了驗證；第３章依托工程實例介紹了橋梁車載動力性能分析與評價方法；第４章介紹了復(fù)雜條件下車橋振動分析方法及工程應(yīng)用實例；第５章介紹了考慮車橋振動的裝配式梁橋橫向聯(lián)系疲勞評估方法，并依托工程實例對車輛超載等多種影響因素進(jìn)行了分析；第６章在隨機(jī)車輛風(fēng)荷載橋梁系統(tǒng)動力響應(yīng)分析理論框架下開展了考慮腐蝕影響的運營條件下斜拉橋拉索疲勞可靠性分析方法和使用性能預(yù)測研究；第７章將移動車輛制動作為外部激勵，提出一種聯(lián)合車橋振動和小波包分析的橋梁下部結(jié)構(gòu)損傷診斷方法，并進(jìn)行了算例的數(shù)值模擬驗證研究。
本書中的研究工作先后得到了國家自然科學(xué)基金項目(５１００８１０２，５１１０８１３２，５１３０８１５６，５２０７８１６４)、黑龍江省自然科學(xué)基金項目(E２０１４３１，LH２０１９E０４９)和山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項目(２０１９ k４１)等的資助；研究生劉佳鋒、吳志文、馬小龍、商賀嵩、夏梁鐘、楊婷婷、李朝、劉文等同學(xué)參加了部分研究工作，張振浩、施雪晴、韓仲禹同學(xué)協(xié)助進(jìn)行了書稿部分插圖的繪制和文字整理工作。長期以來課題組的相關(guān)研究工作得到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)盛洪飛教授、美國路易斯安那州立大學(xué)蔡春聲教授、北京工業(yè)大學(xué)陳彥江教授的幫助和支持，在此一并表示衷心的感謝。
由于筆者水平有限，書中不足之處在所難免，懇請各位讀者批評指正。

第１章緒論………………………………………………………………………… １
１.１汽車與橋梁耦合振動概述……………………………………………… １
１.２汽車與橋梁耦合振動研究現(xiàn)狀………………………………………… ３
１.２.１車橋耦合振動分析理論與數(shù)值仿真研究現(xiàn)狀…………………………… ５
１.２.２車橋耦合振動應(yīng)用研究………………………………………………… ９
１.３汽車與橋梁耦合振動研究展望………………………………………… １３
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… １４
第２章汽車與橋梁動力相互作用分析方法…………………………………… １９
２.１汽車動力分析模型……………………………………………………… １９
２.１.１汽車類型…………………………………………………………… １９
２.１.２車輛分析模型………………………………………………………… ２０
２.１.３典型車型運動方程推導(dǎo)……………………………………………… ２３
２.１.４多車運動方程………………………………………………………… ４１
２.２橋梁動力分析模型……………………………………………………… ４２
２.２.１橋梁分析模型………………………………………………………… ４２
２.２.２橋梁運動方程的建立………………………………………………… ４３
２.３橋面不平度……………………………………………………………… ４４
２.３.１橋面不平順的概念…………………………………………………… ４４
２.３.２隨機(jī)橋面不平度的表示方法…………………………………………… ４４
２.３.３橋面不平度的數(shù)值模擬……………………………………………… ４７
２.４汽車與橋梁耦合振動分析模型………………………………………… ４８
２.４.１車橋耦合運動方程的建立和求解……………………………………… ４８
２.４.２車橋耦合振動響應(yīng)的后處理方法……………………………………… ５３
２.５車橋振動分析程序及試驗驗證………………………………………… ５３
２.５.１車橋振動分析程序簡介……………………………………………… ５３
２.５.２試驗橋梁概況………………………………………………………… ５５
２.５.３橋梁現(xiàn)場動力試驗…………………………………………………… ５７
２.５.４車橋振動分析模型…………………………………………………… ５７
２.５.５程序驗證…………………………………………………………… ５９
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… ６１
第３章移動汽車作用下橋梁動力性能的分析與評價………………………… ６３
３.１橋梁車載動力性能的評價標(biāo)準(zhǔn)………………………………………… ６３
３.１.１汽車對橋梁的動力沖擊系數(shù)…………………………………………… ６３
３.１.２行車舒適性評價指標(biāo)與方法…………………………………………… ６４
３.１.３行人振動舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)…………………………………………… ６７
３.２工程概況與分析模型的建立…………………………………………… ６７
３.２.１工程概況…………………………………………………………… ６７
３.２.２車橋振動分析模型…………………………………………………… ６９
３.３橋梁動力試驗及結(jié)構(gòu)性能評價………………………………………… ７１
３.３.１動力試驗…………………………………………………………… ７１
３.３.２橋梁動力參數(shù)識別及性能評價………………………………………… ７２
３.４車橋振動分析模型驗證………………………………………………… ７５
３.４.１橋梁有限元模型修正………………………………………………… ７５
３.４.２車橋耦合振動分析程序的驗證………………………………………… ７６
３.５基于數(shù)值分析的橋梁車載動力性能分析與評價……………………… ７７
３.５.１移動車輛對橋梁的沖擊效應(yīng)分析……………………………………… ７７
３.５.２振動舒適性評價……………………………………………………… ８０
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… ８４
第４章特殊條件下汽車與橋梁動力相互作用分析方法……………………… ８５
４.１基于維度時變原理的隨機(jī)車流與橋梁耦合振動分析方法…………… ８５
４.１.１研究背景…………………………………………………………… ８５
４.１.２隨機(jī)車流模擬方法…………………………………………………… ８６
４.１.３車橋耦合振動分析原理……………………………………………… ８６
４.１.４分析流程與關(guān)鍵步驟處理…………………………………………… ８７
４.１.５方法實現(xiàn)過程算例…………………………………………………… ８９
４.１.６工程實例分析………………………………………………………… ９２
４.１.７結(jié)論………………………………………………………………… ９６
４.２曲線梁橋車橋振動分析方法…………………………………………… ９６
４.２.１研究背景…………………………………………………………… ９６
４.２.２曲線梁橋車橋振動分析模型…………………………………………… ９７
４.２.３工程實例分析……………………………………………………… １０２
４.２.４結(jié)論………………………………………………………………… １１４
４.３汽車制動激勵下橋梁動力響應(yīng)分析方法…………………………… １１５
４.３.１研究背景…………………………………………………………… １１５
４.３.２考慮車輛制動的車橋耦合振動分析模型……………………………… １１５
４.３.３考慮汽車制動激勵的車橋耦合振動分析程序的試驗驗證……………… １１８
４.３.４汽車制動作用下橋梁下部結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)特征分析…………………… １２１
４.３.５結(jié)論………………………………………………………………… １３２
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… １３３
第５章考慮車橋振動的裝配式梁橋橫向聯(lián)系疲勞評估……………………… １３５
５.１面向疲勞評估的移動汽車下橋梁動力行為分析…………………… １３５
５.１.１典型汽車荷載……………………………………………………… １３５
５.１.２橋例及其有限元模型的建立………………………………………… １３７
５.１.３橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)疲勞熱點位置分析…………………………………… １４１
５.１.４典型重車下橫隔梁動力放大系數(shù)分析………………………………… １４４
５.２考慮多因素影響的既有混凝土梁橋橫隔梁的疲勞損傷評估……… １４９
５.２.１簡述………………………………………………………………… １４９
５.２.２疲勞車輛荷載譜…………………………………………………… １５０
５.２.３橫隔梁熱點部位應(yīng)力譜計算………………………………………… １５５
５.２.４疲勞損傷評估理論…………………………………………………… １５８
５.２.５隨機(jī)車載下的橫隔梁疲勞損傷評定…………………………………… １６３
５.２.６考慮橋面不平度狀況退化影響的橫隔梁疲勞損傷分析………………… １６７
５.２.７多向應(yīng)力效應(yīng)對疲勞損傷的影響分析………………………………… １７１
５.２.８結(jié)論………………………………………………………………… １７２
５.３車輛超載對橫隔梁疲勞損傷的影響………………………………… １７３
５.３.１車輛超限超載評定依據(jù)……………………………………………… １７３
５.３.２超載運營實測數(shù)據(jù)…………………………………………………… １７５
５.３.３車輛超載對橫隔梁連接鋼板疲勞損傷的影響………………………… １７６
５.３.４超載條件下橫隔梁疲勞損傷的影響參數(shù)……………………………… １８１
５.３.５在役橋梁的疲勞壽命評估及運營管理建議…………………………… １８３
５.３.６主要結(jié)論…………………………………………………………… １８４
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… １８５
第６章風(fēng)車聯(lián)合作用下斜拉橋拉索疲勞可靠性分析………………………… １８７
６.１風(fēng)車聯(lián)合作用下大跨橋梁動力響應(yīng)的疊加分析方法……………… １８７
６.１.１橋例概況與有限元建模……………………………………………… １８８
６.１.２風(fēng)車橋系統(tǒng)的動力分析模型……………………………………… １９２
６.１.３風(fēng)車聯(lián)合作用疊加分析方法的原理和理論框架……………………… １９７
６.１.４風(fēng)車聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)疊加分析方法的適用性…………………… ２０９
６.２考慮雙重隨機(jī)性的風(fēng)車聯(lián)合作用下斜拉橋拉索疲勞可靠性分析… ２１５
６.２.１隨機(jī)交通荷載模擬…………………………………………………… ２１５
６.２.２風(fēng)荷載概率模型…………………………………………………… ２２０
６.２.３運營條件下橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力循環(huán)塊的計算流程………………………… ２２２
６.２.４斜拉索疲勞可靠性分析方法………………………………………… ２２３
６.２.５算例分析…………………………………………………………… ２２５
６.３腐蝕對運營斜拉橋拉索疲勞可靠性的影響………………………… ２３２
６.３.１考慮腐蝕影響的斜拉索疲勞抗力模型………………………………… ２３３
６.３.２考慮腐蝕影響的斜拉索疲勞可靠性分析方法………………………… ２３６
６.３.３算例分析…………………………………………………………… ２３９
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… ２４４
第７章基于車橋耦合振動的橋梁下部結(jié)構(gòu)損傷識別研究…………………… ２４７
７.１概述…………………………………………………………………… ２４７
７.１.１研究背景…………………………………………………………… ２４７
７.１.２研究意義…………………………………………………………… ２４８
７.２橋梁下部結(jié)構(gòu)損傷對移動車輛下橋梁動力響應(yīng)的影響…………… ２４８
７.２.１支座損傷的影響…………………………………………………… ２４９
７.２.２橋墩損傷的影響…………………………………………………… ２５０
７.２.３基礎(chǔ)沖刷的影響…………………………………………………… ２５２
７.３基于小波包能量的結(jié)構(gòu)損傷識別理論……………………………… ２５３
７.３.１小波變換…………………………………………………………… ２５４
７.３.２小波包的基本原理…………………………………………………… ２５７
７.３.３小波包子空間分解…………………………………………………… ２５８
７.３.４小波包節(jié)點能量…………………………………………………… ２６１
７.３.５小波包能量方差變化率指標(biāo)………………………………………… ２６２
７.３.６小波基函數(shù)與小波包分解層的選擇…………………………………… ２６３
７.４基于車輛制動與小波包分解的橋梁下部結(jié)構(gòu)損傷識別方法……… ２６４
７.５基于WPEVVR的損傷識別方法數(shù)值分析………………………… ２６５
７.５.１動力響應(yīng)數(shù)據(jù)采集位置……………………………………………… ２６５
７.５.２支座損傷識別……………………………………………………… ２６５
７.５.３橋墩損傷識別……………………………………………………… ２６７
７.５.４基礎(chǔ)沖刷識別……………………………………………………… ２６９
７.６多種因素對下部結(jié)構(gòu)損傷識別的影響……………………………… ２７１
７.６.１橋面不平度的影響…………………………………………………… ２７２
７.６.２汽車制動位置的影響………………………………………………… ２７３
７.６.３車輛初始速度的影響………………………………………………… ２７５
７.６.４車重的影響………………………………………………………… ２７６
７.７損傷識別方法的抗噪性能分析……………………………………… ２７７
７.８基于損傷模式反演的基礎(chǔ)沖刷深度診斷方法……………………… ２７８
７.８.１多橋墩基礎(chǔ)沖刷對損傷識別指標(biāo)的耦合影響………………………… ２７９
７.８.２基于損傷模式反演分析的基礎(chǔ)沖刷深度診斷………………………… ２８０
７.８.３反演分析樣本數(shù)對識別結(jié)果的影響…………………………………… ２８３
７.９結(jié)論…………………………………………………………………… ２８６
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… ２８６

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