移动车辆荷载作用下的桥梁振动响应研究在桥梁界一直备受关注。大量研究表明,公路桥面不平顺是影响车辆-桥梁耦合系统振动的敏感因素之一,以前有关桥面不平整度研究一般都是基于相关规范进行数值的模拟并假设车轮处受到来自桥面的激励是平稳的,很少考虑车辆行驶轨迹的改变及桥面不平整度空间分布的随机性引起的桥梁随机振动。因此,基于空间桥面不平整度和随机车辆行驶轨迹下开展车辆-桥梁耦合系统振动响应研究具有重要的意义和工程价值。作为国家自然科学基金(51978063)的一部分,论文研究了空间桥面不平整度的测试及空间桥面不平顺对车辆-桥梁耦合系统响应的影响。首先,基于刚体动力学与车辆动力学理论,依次建立了1/4车辆模型、1/2车辆模型和空间车辆模型的振动微分方程,在此基础上建立了车辆-桥梁耦合系统的振动方程,编制程序进行分析并验证了程序的可行性。其次,以简支梁桥为研究对象,分别采用三米直尺、加速度传感器、智能手机三种方法对比研究了桥面不平整度的测试并进行了多线程桥面不平整度现场测试,构建了空间桥面不平整度模型,再次通过模拟车辆的随机行驶轨迹,研究空间桥面不平整度对车辆-桥梁耦合系统振动响应的影响,基于各车辆行驶速度、随机车辆行驶轨迹下产生的500组桥梁动态响应,分析了车辆随机行驶轨迹下桥梁冲击系数的概率分布模型和不同车速下桥梁冲击系数的变化规律;然后,基于现行不平整度规范,采用三角函数叠加法对不同等级桥面不平整度进行数值模拟,对比研究了车辆行驶轨迹固定、行驶轨迹随机以及现行不同国家设计规范下桥梁冲击系数数值;最后,基于实测桥面不平整度与随机车辆行驶轨迹下分析了不同车辆速度、车辆模型、车辆载重、车辆悬挂系统刚度、桥梁结构形式对车辆-桥梁耦合振动系统响应的影响。研究结果表明:随机车辆行驶轨迹的条件下,随车辆行驶速度增大,桥梁冲击系数呈现递增趋势,但当车速较大时(v≥25 m/s),桥梁冲击系数增加缓慢,甚至出现减小现象,对同一车速不同车辆行驶轨迹下500组桥梁冲击系数统计发现其数值概率分布服从正态分布;基于空间桥面不平整度和随机车辆行驶轨迹下桥梁位移冲击系数大于车辆行驶轨迹固定条件下的桥梁冲击系数,车速为25m/s时,冲击系数差值最大,最大相差为0.05(20%);同一车速下,随着桥面状况等级变差,桥梁位移冲击系数明显增大,桥面状况越差,桥梁冲击系数随车速变化越剧烈;不同车辆模型的选用对车辆-桥梁耦合系统中桥梁响应影响甚微,采用复杂的车辆模型可为获取车辆的各部件详细的响应数据提供便利;随着车辆载重的增加,桥梁跨中响应明显增大;汽车悬挂系统刚度变化对桥梁振动响应影响不大,但随着车辆悬挂系统刚度增大,车体位移及加速度响应呈现减小趋势;通过对比三跨连续梁桥在车辆行驶轨迹固定与车辆行驶轨迹随机条件下桥梁中跨、边跨跨中位移冲击系数可以发现,随机车辆行驶轨迹下,无论是桥梁边跨,还是中跨,跨中位置位移冲击系数较车辆行驶轨迹固定时冲击系数偏大,最大偏差为0.24(66.7%)。本文研究结果可为桥梁结构的动力性能评估提供参考。