环境激励下钢管桁架梁桥的振动特性研究与动力修改

作     者：王坤 

作者单位：天津城建大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵坚

授予年度：2023年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 080101[工学-一般力学与力学基础] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：钢管桁架梁桥 试验模态分析 环境激励 模态综合 结构动力修改 

摘      要：桥梁作为国家现有基础设施的一项重点工程,它对人们日常生活及社会经济发展有着举足轻重的影响。作为交通运输系统的枢纽,桥梁在建成完工后的日常维修与运营工作愈发重要。通过对桥梁进行有限元分析以及后续相关的振动试验研究,充分了解结构在运行条件下的动态特性,是保证桥梁在使用过程中具有一定安全性和稳定性的最主要有效途径。因此,本文以某型号钢管桁架梁桥为研究对象,对其动态特性展开了研究,完成了桥梁的计算模态分析(FEA)、桥面和纵梁的试验模态分析(EMA)及环境激励下的工作模态分析(OMA)。研究成果对于同类型桥梁的结构优化设计具有一定的指导意义。归纳起来,本文主要完成了以下研究内容:(1)利用有限元分析软件ANSYS的Workbench对钢管桁架梁桥的桥面以及组合桁架梁进行了FEA,基于模态综合法得到整桥的模态结果,获得三部分的模态频率范围及相应的模态振型,为钢管桁架梁桥桥面和纵梁的试验模态测试和环境激励模态测试提供参考。(2)设计了钢管桁架梁桥桥面及纵梁的EMA测试方案,选用锤击作为激励方式,采集并整理了振动响应信号数据;利用最小二乘复频域(LSCF)法得到了桥面及纵梁的模态结果,基于模态综合法得到了整桥的EMA结果。(3)设计了钢管桁架梁桥桥面及纵梁的环境激励模态测试方案,利用模型小车对桥面及纵梁施加激励,采集桥面及纵梁的振动响应信号;利用随机子空间(SSI)法得到了桥面及纵梁的模态结果,基于模态综合法得到了整桥的OMA结果。(4)对比钢管桁架梁桥整桥的FEA、EMA及OMA结果,验证有限元模型的正确性,确定桥梁的薄弱位置。针对薄弱环节对桥面及纵梁进行了结构动力修改,对修改后的钢管桁架梁桥进行了FEA,并将修改前后钢管桁架梁桥的模态分析结果进行了对比,验证了结构动力修改的有效性。