哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
梁桥是交通基础设施建设中最常见的桥梁形式之一，其中简支梁和连续梁
是最常见的两种类型，尤其是钢箱梁桥在国内得到广泛应用。然而，桥梁在车
辆荷载作用下的振动响应明显增加，导致行车舒适度下降。桥梁结构的过大振
动不仅会对行车者造成不适，还会引起桥梁构件的疲劳破坏等灾难性后果。研
究表明，调谐质量阻尼系统（TMD）对于控制由这些荷载引起的不良振动具有
良好的效果。然而，针对车辆荷载作用下的桥梁振动控制研究还相对较少，当
前的研究主要集中在桥梁的风致振动、人致振动和铁路桥梁的车致振动。本研
究通过基于差分进化算法的优化方法，探索车桥耦合振动控制的新思路和方法，
以减小钢箱梁桥的振动响应、提高行车舒适性，主要研究内容和成果如下：
（1）系统梳理了车桥耦合振动的现状与研究方法。对现有的车桥耦合振动
研究理论与方法进行了综合分析，详细阐述了一种经典的车桥耦合振动模型的
分析理论，包括基于车辆荷载作用下得出的车桥耦合振动动力学方程。在此基
础上，进一步推导了考虑随机车流荷载作用的车桥耦合振动动力学方程。为了
求解这些动力学方程，提出了两种不同的方法：Newmark-β法和精细积分法，
同时提供了用于分析桥上行车舒适性的方法。
（2）深入分析了车辆荷载作用下的振动控制理论。阐明了两种经典的不考
虑被控结构阻尼的TMD参数优化方法。深入分析了等跨连续梁桥和不等跨连
续梁桥的振动模态函数，提供了多种适用于不同桥梁模型的结构动力学方程，
进一步推导出了在车辆荷载作用下的振动控制结构动力学方程。运用差分进化
算法对TMD或MTMD参数进行优化，并与两种经典的参数优化方法进行对比，
验证了使用差分进化算法进行TMD或MTMD系统参数的优化能够显著提高对
车辆荷载的振动控制效果，使桥梁更加稳定，提高其行车舒适性。
（3）全面探讨了车辆荷载作用下的振动控制参数分析。针对简支梁桥和连
续梁桥，从桥梁挠度和行车舒适性两个角度对TMD和MTMD系统的最优参数
进行了详细分析。运用差分进化算法计算出适用于不同行车速度的振动控制系
统的最优参数，并探究了这些最优参数的多种特点。结果表明，在选择最优参
数时，倾向于将其位置布置在桥梁跨中，并保持较小的间距；频率比在同一跨
度下逐渐接近，但在不同跨度之间存在明显差异；阻尼比设定较小值。此外，
对简支梁桥和连续梁桥的TMD系统最优参数进行了鲁棒性分析，研究了在不
同车速条件下TMD系统参数的稳定性和适应性。研究结果表明，在简支梁桥和
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连续梁桥中，不同行车速度范围适用于不同的最优参数组合，且在较低速度下
获得的最优参数组合在各个行车速度下都能实现最优或接近最优的控制效果。
（4）综合研究了随机车流荷载作用下的振动控制理论与结果。在考虑随机
车流荷载作用下的车桥耦合振动动力学方程和TMD系统减振动力学方程的基
础上，研究出随机车流荷载下的MTMD减振动力学方程。通过设定合理的随机
车流荷载参数，并应用差分进化算法进行最优参数分析。通过与车辆荷载作用
下的最优参数结果进行对比分析，进一步揭示了最优参数的分析规律。结果表
明，相较于随机车流荷载，使用车辆荷载能更方便地获得相同的最优参数结果。
本研究成果提供了有效的解决方案和技术支持，以解决实际工程中的桥梁
振动问题。对于降低车辆荷载下桥梁的振动响应，提升行车舒适性和桥梁的稳
定性，具有重要的理论意义和学术价值。
关键词：钢箱梁桥；车桥耦合振动；振动控制；随机车流；行车舒适性
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Abstract
Beambridgesareoneofthemostcommonformsoftransportationinfrastructure,