公路桥梁和车辆耦合振动研究现状和发展趋势.doc

公路桥梁和车辆耦合振动研究现状和发展趋势 　　摘要：经济全球化的发展，虽然我国经济在与各国经济的竞争中取得了显著的成就，但暴露出的交通物流等方面的问题成为我国经济发展的短板。与交通物流息息相关的因素可归为两个方面：第一方面为运输工具，即各类车辆的总称。第二类为交通工具的载体，即本文讨论的主体“公路和桥梁”。现阶段，公路和桥梁建设的速度远远赶不上交通工具普及的速度。车辆与公路桥梁耦合振动造成的公路和桥梁的损伤已成为制约物流发展的主要方面。本文将立足于公路桥梁与车辆的耦合振动，分析公路桥梁与车辆耦合振动研究的现状，并探究其发展趋势，以期为减少我国的公路桥梁损伤做出贡献。 　　关键词：公路桥梁；耦合振动；研究现状；发展趋势 　　公路桥梁与车辆的耦合振动是指车辆等交通工具在通过某一段公路或某座桥梁的过程中，由于车辆的重力和速度使公路桥梁和车辆同时产生振动反应。这种振动反应对公路桥梁和车辆的损伤均较大，且车型越大，重量越重，其造成的损伤越严重。研究公路桥梁和车辆的耦合振动是减轻这种损伤的重要手段。 　　一、公路桥梁与车辆耦合振动研究的现状 　　信息技术的发展推动公路桥梁与车辆耦合振动的研究迈上了新的高度。科学家从纷繁复杂的理论研究中抽象出了理论研究与空间计算模型相结合的方法，使得研究的过程更加专业，研究的结果更具精确性。 　　（一）国外研究现状 　　早在二十世纪九十年代，Mulcahy、Hutton、Cheung和Gupta等研究者为使研究的结果更能反映公路桥梁与车辆的耦合振动研究结果的合理性与精确性，先后对公路桥梁与车辆的耦合振动研究做了理想化和多质量的有限元和有线条模型的模拟研究。这些模拟研究研究的主体为公路、桥梁和车辆，研究的对象为公路桥梁与车辆的耦合振动，研究的目的为减轻公路桥梁与车辆的耦合振动造成的公路桥梁和车辆的损伤，研究分为以下几个方面，分别为：第一，研究公路和桥梁路面的状况对车辆通行和车辆的使用寿命的影响；第二，研究车辆在行进的过程中加速或制动减速对公路和桥梁的损伤程度和使用寿命的影响；第三，研究公路和桥梁的类型对车辆通行状况和使用寿命的影响；第四，研究车辆的类型和重力对公路和桥梁的影响。虽然这些研究是研究者凭个人喜好进行的有针对性的研究，但无不为公路桥梁与车辆的耦合振动研究做出了贡献。后这些研究在Zheng、Cheung、Au和Cheng等四位研究者的振动梁函数法对混凝土公路的质量和跨度具有连续性的桥梁的理论研究中得到了进一步的发展。 　　（二）国内研究现状 　　我国对公路桥梁与车辆的耦合振动的研究在二十一世纪取得了突破性的进展。新千禧年跨越之际，林梅和肖盛燮两位学者通过将公路桥梁与车辆的耦合振动研究与结构力学相结合进行了公路和桥梁在跨度较大的情况下对车辆荷载性能的动态影响研究，并利用计算机等高科技技术对此研究进行动态模拟，讨论了在不同的路面状况下，车型和车速的不同对公路桥梁与车辆的耦合振动的影响。但将结构力学和公路桥梁与车辆的耦合振动的研究联系起来存在较大缺陷。文章表明略去公路路面和桥梁桥面的约束，影响了路面和桥面的质量对车辆和公路桥体的耦合振动研究结果的精确性，仅考虑车辆通行时的耦合振动，不涉及车辆产生惯性时的车辆与桥梁的耦合振动，使研究的结果在缺乏精确性的同时未具代表性。 　　为解决公路桥梁与车辆耦合振动研究的影响因素限制问题，学者将注意力集中于单项因素对耦合振动影响的研究中。这些研究包括调谐质量阻尼器控制对减轻车辆耦合振动损伤的影响和车辆耦合振动智能控制技术的研究。调谐质量阻尼器是一种通过降低应力峰值延长结构使用寿命的消能减震控制技术。这种控制技术通过减轻车辆通过路面或桥体时的冲击力和惯性，使得公路路面和桥体的疲劳损伤程度最小，从而延长公路和桥梁的使用寿命。国内对车辆耦合振动智能控制技术的研究主要由杨光和陈祝平两位研究者发起，他们在研究的过程中使用了磁流变液的原理对简化后的支梁振动响应进行了分析，给出了带有磁流变液等流体阻尼器支梁结构的计算结果。但这种结果只是我国研究者在这一领域的初步探索，尚需进一步的研究与发展。 　　二、公路桥梁与车辆耦合振动研究的发展趋势 　　（一）完善研究的模型与研究的计算方法 　　从公路桥梁与车辆耦合振动的研究现状可以看出，这一研究制作的模型和研究计算的方法尚存在改进之处。针对限制因素过多影响研究结果准确性的问题，可以采用单项控制研究的方法；针对模拟模型本身的问题，可以将研究的模型从二维转变为三维，将公路路面的状况和桥体的支撑结构考虑在内；针对计算方法存在漏洞或缺陷的问题，可以将有限元线性计算转变为非线性计算等等。 　　（二）典型车对公路桥梁使用寿命的影响研究 　　对公路桥梁与车辆耦合振动研究的主要目的即为延长公路和桥梁的使用寿命，减轻我国财政支出的负担