技术特征：
1.一种基于地震/风/车流/桥/ptmd耦合系统的桥梁振动抑制分析方法，其特征在于，包括：根据车流和桥梁模型、车流-桥相互作用、风-桥相互作用、风-车流相互作用、地震作用和ptmd-桥梁相互作用，建立了地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程；对地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程求解得到桥梁的动力响应；并根据得到的桥梁动力响应，对比分析ptmd系统对桥梁结构动力响应的抑制效果，从而评估运营阶段桥梁在突发地震作用下桥梁结构的安全性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据车流和桥梁模型、车流-桥相互作用、风-桥相互作用、风-车流相互作用、地震作用和ptmd-桥梁相互作用，建立地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程的步骤中，其中：所述车流模型采用元胞自动机模型，建立可考虑邻近车辆影响的随机车流模型；所述桥梁模型采用有限元法建立，主梁、桥塔及桥墩采用三维实体单元模拟，斜拉索采用空间杆单元模拟，附属结构及二期恒载通过施加质量单元来模拟；所述ptmd-桥梁相互作用通过在桥梁动力响应最大的位置建立hertz接触单元和阻尼器非线性模型来进行模拟；所述相互作用中的地震、风和桥的路面粗糙度激励通过谐波合成法来模拟。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车流-桥相互作用包括桥面和轮胎之间的横向接触力和竖向接触力，分为路面粗糙度引起的激励和桥梁变形引起的耦合力；所述风-车相互作用为作用在车辆上的准静态风力；所述风-桥相互作用包括作用在桥梁上的准静态风力；桥梁受到的地震作用即为桥梁受到的地震力；所述ptmd-桥梁相互作用即为ptmd对桥梁在竖向和横向两个方向的冲击力。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据车流和桥梁模型、车流-桥相互作用、风-桥相互作用、风-车流相互作用、地震作用和ptmd-桥相互作用，建立地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程的步骤中，所建立的地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程表示为：式中n表示作用在桥梁上车辆的数目；[m
b
]、[m
p
]和[m
vn
]分别表示桥梁系统、ptmd系统和车流系统的质量矩阵；和分别表示桥梁、ptmd和车辆的加速度矢量；和分别表示桥梁、ptmd和车辆的速度矢量；{y
b
}、{y
p
}和{y
v
}分别表示桥梁、
ptmd和车辆的位移矢量；[c
b
]、[c
p
]和分别表示桥梁系统、ptmd系统和车流系统的阻尼矩阵；[c
b-p
]和[c
p-b
]表示桥梁/ptmd耦合阻尼矩阵；[c
b-v
]和[c
v-b
]表示桥梁/车辆耦合阻尼矩阵；[k
b
]、[k
p
]和分别表示桥梁系统、ptmd系统和车流系统的刚度矩阵；[k
b-p
]和[k
p-b
]表示桥梁/ptmd耦合刚度矩阵；[k
b-v
]和[k
v-b
]表示桥梁/车辆耦合刚度矩阵；表示作用在桥梁上的车辆荷载矢量；和表示ptmd和桥梁间产生的相对运动力矢量；和分别表示作用在桥梁上的风荷载和地震荷载矢量；表示ptmd的冲击荷载矢量；h表示冲击荷载的方向；γ表示冲击荷载的位置；表示作用在车辆上的车轮-桥面接触力矢量；表示作用在车辆上的重力矢量；表示作用在车辆上的风荷载矢量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，交通流中车辆的运动方程可表示为式中[m
v
]、[c
v
]和[k
v
]分别表示车辆的质量、阻尼和刚度矩阵；{y
v
}表示车辆的位移矢量；{f
g
}表示重力矢量；{f
v-b
}表示作用在车辆上的车轮-路面接触力矢量；{f
vw
}表示作用在车辆上的风荷载矢量。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，作用在车辆上的准静态风力可表示为4所述的方法，其特征在于，作用在车辆上的准静态风力可表示为式中f
xw
,f
yw
,和f
zw
分别表示车辆上的阻力、侧向力和浮力；m
xw
,m
yw
,和m
zw
分别表示车辆上的滚动力矩、俯仰力矩和偏航力矩；ρ
α
表示风的密度；c
d
表示阻力系数；c
s
表示侧向力系数；c
l
表示浮力系数；c
r
表示滚动力矩的系数；c
p
表示俯仰力矩的系数；c
y
表示偏航力矩的系数；a是车辆的前部区域；h
v
是车辆重心与桥面之间的距离；u
r
是相对于车辆的相对风速，可表示为：为：式中表示车辆的行驶速度；u表示车辆上的平均风速，u(x,t)表示车辆上的湍流风速分量；β表示风对车辆的攻角；ψ的取值为0～π。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，作用在桥梁上的风力可表示为式中[m
b
]、[c
b
]和[k
b
]分别表示桥梁的质量、阻尼和刚度矩阵；{y
b
}表示桥梁所有自由度的位移矢量；{f
b-v
}表示作用在桥梁上的所有外力的矢量；{f
bw
}表示作用在桥梁上的风力矢量。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，作用在桥梁上的地震荷载可表示为式中[m
b
]是桥梁的质量矩阵；r
i
表示桥墩的影响向量；表示桥墩的地震动加速度时程；n表示考虑地震地面运动输入的桥墩总数。9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，ptmd与桥梁之间的相互作用关系可表示为4所述的方法，其特征在于，ptmd与桥梁之间的相互作用关系可表示为4所述的方法，其特征在于，ptmd与桥梁之间的相互作用关系可表示为式中m
p
是ptmd的质量；c
pv
和k
pv
分别表示ptmd在垂直方向上的阻尼和刚度；c
pl
和k
pl
分别表示ptmd在横向方向上的阻尼和刚度；f
p-bv
(t)和f
p-bl
(t)表示桥梁和ptmd分别在垂直和横向上的相对运动产生的力；f
p-bvp
(t)和f
p-blp
(t)分别表示垂直和横向上的冲击力；y
pv
(t)分别表示ptmd和桥梁在垂直方向上相对运动产生的加速度、速度和位移；y
pl
(t)分别表示ptmd和桥梁在横向方向上相对运动产生的的加速度、速度和位移；变量h表示冲击力的方向；γ表示冲击力的位置。10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述地震/风/车流/桥/ptmd耦合振动方程求解，得到桥梁子系统和车辆子系统的动力响应，是利用数值积分方法通过分离迭代的方式分别求解桥梁子系统和车辆子系统的振动方程，分离迭代直至满足桥梁子系统和车辆子系统的力学与几何协调关系。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述分离迭代的过程为：假设桥梁子系统和车辆子系统初始时刻的动力响应为零，即初始状态为静止状态；假设计算的时间步为δt，共两层迭代循环，包括外层循环和内层循环，其中外层循环为时间步循环且标识为i，内层循环为迭代循环且标识为j；(ⅰ)第i次外层循环，判断车辆是否驶离桥面，若全部离开则退出外层循环；(
ⅰ‑
1)根据t-δt时刻车辆响应{y
v
}，桥梁响应和{y
b
}，和t时刻的外荷载激励求得第t时刻的初始车-桥相互作用力和初始风-桥作用力初始风-车作用力初始ptmd-桥相互作用力和及作用在桥梁上的地震荷载矢量(
ⅰ‑
2)将得到的初始作用力代入到桥梁子系统和车辆子系统的振动方程中，利用数值积分法求得t时刻的车辆和桥梁的初始响应；(
ⅰ‑
3)根据t时刻的车辆和桥梁的初始响应更新车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力；(ⅱ)第j次内层循环，j＝1时，判断与桥梁子系统和车辆子系统响应相关的初始车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力和更新后的车-桥相互作用力、风-桥作用
力、ptmd-桥相互作用力的差值是否满足收敛条件；j≥2时，判断上次更新的车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力和再次更新的车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力的差值是否满足收敛条件，若不满足则进入下一次内层循环，否则退出内层循环并输出t时刻的车辆响应{y
v
}，桥梁响应和{y
b
}；(
ⅱ‑
1)将更新后的车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力代入到桥梁子系统和车辆子系统的振动方程中，利用数值积分法求得t时刻的车辆和桥梁的更新响应；(
ⅱ‑
2)利用车辆和桥梁的更新响应求得二次更新的车-桥相互作用力、风-桥作用力、ptmd-桥相互作用力，根据桥梁响应{y
b
}和桥梁结构的刚度矩阵[k
b
]计算结构的内力{y
b
}[k
b
]，通过桥梁响应和结构内力进行变形和强度验算，判断桥梁结构的安全性。
技术总结
本发明建立了一个运营阶段的大跨桥梁结构在突发地震作用下的振动抑制分析方法，在大跨桥梁结构受到地震作用时同时考虑了运营车辆、风等日常荷载的影响。通过综合考虑车流-桥相互作用、风-桥相互作用、风-车流相互作用、地震作用和碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)-桥梁相互作用，建立了地震/风/车流/桥/PTMD耦合振动方程。利用数值积分法求解桥梁的振动响应，从而评估PTMD对桥梁动力响应的抑制效果。该方法为评估运营阶段桥梁在突发地震作用下桥梁结构的安全性提供了一种有效方法。的安全性提供了一种有效方法。的安全性提供了一种有效方法。
技术研发人员：殷新锋 晏万里 刘扬 鲁乃唯 周勇 黄胄 袁和平
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/10/3