基于车桥耦合振动分析的长跨度斜拉桥的舒适性导向刚度敏感性评估

《Scientific Reports》：Comfort-oriented stiffness sensitivity assessment of long-span cable-stayed bridges based on vehicle-bridge coupled vibration analysis

　　

摘要

桥梁的刚度是影响长跨度悬索桥结构适用性和车辆行驶舒适度的关键因素。本研究提出了一种以舒适度为导向的刚度敏感性评估框架，而非传统的逆向刚度识别方法。其目的并非仅通过行驶舒适度来唯一确定桥梁的刚度，而是量化在受控的车辆-桥梁相互作用场景下，主要结构部件的刚度降低对桥梁变形和车辆行驶舒适度的影响。以临榆长江大桥为案例研究对象，通过静态效应等效方法将交通流转化为基于规范的车道荷载，并系统研究了主梁、拉索和桥塔刚度降低对桥梁变形及车辆行驶舒适度的影响。研究结果表明，路面粗糙度对车辆行驶舒适度具有主导作用，而桥梁的整体变形主要受结构部件刚度的影响。不同部件的敏感性特征各不相同：拉索刚度主要控制桥梁的整体垂直变形；主梁刚度对梁端旋转及与舒适度相关的车辆响应影响更为显著；桥塔刚度则与稳定性敏感的整体变形密切相关。因此，该框架并非旨在取代传统的承载能力评估或刚度识别方法，而是提供了一种补充性的车辆-桥梁相互作用响应分析工具，有助于判断规定的刚度变化主要体现在结构变形、用户感知的振动还是稳定性敏感的响应放大上。这些信息可以为长跨度悬索桥的部件优先级排序、桥面适用性诊断以及基于舒适度的维护决策提供支持。