[發明專利]一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法有效

申請號：	202110679460.1	申請日：	2021-06-18
公開（公告）號：	CN113392457B	公開（公告）日：	2023-03-28
發明（設計）人：	馬麟	申請（專利權）人：	河海大學
主分類號：	G06F30/13	分類號：	G06F30/13;G06F119/14
代理公司：	西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223	代理人：	張舉
地址：	210098 ***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種簡支梁橋沖擊系數獲取方法
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【說明書】：

本發明公開了一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法，包括以下步驟：根據已知速度的單自由車輛系統，將簡支梁橋的路面粗糙度譜轉換為以時間頻率為變量的路面粗糙度譜表達式；根據單自由車輛系統的質量、剛度和阻尼，計算該車輛系統在路面粗糙度譜作用下振動響應的功率譜密度，并根據功率譜密度獲取簡支梁橋的隨機作用力譜；根據車輛的隨機作用力譜構造隨機過程，將車輛系統隨機荷載轉換為時頻域的級數展開式；對簡支梁橋的運動方程進行模態分解，并利用三角函數積化和差的方法對移動隨機荷載作用下的簡支梁橋模態運動方程進行求解，獲得該簡支梁橋動力響應的概率統計特征值；計算振動響應的根方差與最大靜力響應的比值，獲得簡支梁橋的沖擊系數。

技術領域

本發明屬于簡支梁橋結構技術領域，涉及一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法。

背景技術

交通荷載是簡支梁橋結構最重要的荷載之一。在設計中，交通荷載通常先作為靜力荷載計算其靜力的效應，并與其它恒荷載及活荷載的效應進行組合。但交通荷載是移動的荷載，且由于路面不平順引起了車輛的振動，因而交通荷載存在明顯的動力效應，這在設計工作中通常通過沖擊系數來計入。沖擊系數被定義為車輛荷載作用下的最大動力響應與最大靜力響應差值與最大靜力響應的比值。沖擊效應的強弱與許多因素有關，如橋型、簡支梁橋的跨徑或頻率、車輛的動力特性和路況等都對沖擊效應有突出的影響。在常規的簡支梁橋設計中，我們需要有簡潔的公式去計算沖擊效應的影響。

路面粗糙度激勵下的車-橋耦合振動問題，本質上是時變系統的隨機振動的問題。盡管人們采用動載實驗和不斷完善的車-橋耦合振動理論對簡支梁橋沖擊效應做了大量的實驗、理論和數值模擬的研究，并將研究成果寫進了各國的橋梁設計規范中。但由于橋梁沖擊系數影響因素眾多，動載實驗和數值計算的結果又都具有較大的隨機性，截至目前人們并沒有得到一個理論完善、能夠考慮多種因素影響的沖擊系數計算公式。我國現行《橋規》推薦的沖擊系數公式以橋梁基頻(第一階豎彎頻率)為單一變量，該公式是頻率的單調增函數，不能反映車-橋共振的規律，亦不能反映路況等因素的影響。

為此，本發明提出一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

一種簡支梁橋的沖擊系數的獲取方法，包括以下步驟：

根據已知速度的單自由車輛系統，將簡支梁橋的路面粗糙度譜轉換為以時間頻率為變量的路面粗糙度譜表達式；

根據單自由車輛系統的質量、剛度和阻尼，計算該車輛系統在路面粗糙度譜作用下振動響應的功率譜密度，并根據功率譜密度獲取簡支梁橋的隨機作用力譜；

根據車輛的隨機作用力譜構造隨機過程，將車輛系統隨機荷載轉換為時頻域的級數展開式；

對已知單位長度質量、阻尼和彎曲剛度的簡支梁橋的運動方程進行模態分解，并利用三角函數積化和差的方法對移動隨機荷載作用下的簡支梁橋模態運動方程進行求解，獲得該簡支梁橋動力響應的概率統計特征值；

計算振動響應的根方差與最大靜力響應的比值，獲得簡支梁橋的沖擊系數。

優選地，所述時間頻率為變量的譜密度表達式為：

其中：ω為頻率，ω₀為參考空間頻率，V為車速，A_r為路面粗糙度譜系數；頻率ω與空間頻率ω_s的關系為ω＝Vω_s。