基于导波传递分析的板肋钢桥面板振动特性研究
钢结构桥梁凭借其轻质、高强和安装便捷的优点，在高速铁路和城市轨道交通桥梁高速发展的当下快速普及开来，然而交通荷载带来的钢结构桥梁振动和噪声问题愈发突出。加劲板作为钢桥的主要板件，其振动时会对环境噪声产生较大的贡献量。本文从弯曲波导波传递特性角度出发，结合振动实验和数值仿真开展了板肋钢桥面板的动力特性和振动机理研究。 主要研究内容包括：（1）开展板肋钢桥面板室内振动试验；（2）运用模态叠加有限元法建立经试验验证的三维有限元动力模型，进行板件振动能量计算；（3）基于有限元模式分析法建立导波模型，对结构面外弯曲波频散特性和导波类型展开研究；（4）对比了顶板厚度、肋条厚度、肋条间距、肋条高度四种设计参数对板件振动能量和弯曲波导波特性的影响，以及工程尺寸板件的动力特性。 研究发现：（1）经试验测试单边悬挂约束下顶板和肋条振动响应的优势频段出现在300Hz和400Hz，且肋条边缘测点的振动能量更大。（2）本文三维动力响应有限元模型特征测点加速度响应仿真与试验结果吻合度高，二维导波模型一至四阶弯曲波的计算截止频率与三维动力响应模型的相应模态特征频率吻合度高，分别验证了两模型的可靠性。（3）从能量角度分析，肋条能量变化规律与顶板能量变化规律基本一致，且边界固结约束下较薄的顶板具有较高振动能量峰值和较低的峰值频率，肋条厚度和肋条间距对顶板能量的影响分别主要集中在200Hz以上频段以及400Hz以上板件局部振动频段，肋条高度对顶板能量的影响相对较小并主要集中在200～300Hz频段；工程尺寸结构顶板振动能量峰值点分布较为分散，主要集中在50Hz至500Hz频段。（4）从导波传递角度分析，板肋钢桥面板弯曲波频散曲线均出现了通频带与衰减带间隔出现的现象；导波模态数随顶板和肋条厚度增长而减小；衰减带上、下边界频率随肋条间距的增大而增大，且随着肋条厚度和高度的增大而减小；整体而言，肋条尺寸参数的变化较顶板尺寸参数的变化对板件振动的控制作用小，顶板厚度对板件面外振动衰减带影响最大，其中带宽最大差值达110Hz，可通过顶板厚度对结构的面外弯曲波振动衰减带进行有效控制。工程尺寸板件高频频散现象剧烈，并多次出现导波模态相交和“曲线偏转现象”，板件衰减带边界频率向低频段移动，带宽为15Hz。
板肋钢桥面板;动力特性;振动机理;导波传递分析
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
李小珍
2022
中文
U448.36;U443.3
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）