F轨对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动的影响研究

为了探讨F轨对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动响应的影响,以某中低速磁浮试验线20m预应力混凝土简支梁为研究对象,考虑基于位移-速度-加速度反馈的PID主动悬浮控制,采用SIMPACK和ANSYS联合仿真,分别建立了考虑F轨和不考虑F轨两种中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动模型,结合现场动载试验,将仿真值与实测值分别在时域与频域内进行对比与验证,着重考察竖向耦合振动响应。结果表明：考虑F轨时,仿真结果与实测结果更为接近|F轨在50~65Hz范围内的局部振动密集,考虑F轨时,桥梁竖向加速度的仿真值与实测值均在此频率范围内出现峰值,而不考虑F轨时在此频率范围内未出现峰值|F轨的局部变形较明显,更类似于短波不平顺,使得磁浮间隙与磁浮力的波动范围更大,导致车辆动位移和振动加速度更大|增加F轨的竖向刚度,可减小桥梁和车体的竖向动力响应值。     

低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的耦合振动试验研究

为研究低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的磁浮列车-简支梁系统耦合振动特性,以长沙磁浮商业运营线为背景,选取其中一孔25m预应力混凝土简支梁进行现场动载试验,实测同一列磁浮列车以两种质量（重车：30t+30t+30t;轻车：24t+24t+24t）在简支梁上通过和静悬浮时的车体、悬浮架、简支梁的振动加速度。试验数据表明：磁浮列车在低速运行时,悬浮系统不稳定,使得简支梁加速度在60Hz处有较大峰值,且幅值随着车速的增大而减小,最后趋于平稳,简支梁的加速度在低速运行范围内较高速运行时大,并且在低速运行范围内随着车速的增大而减小,这一频率（60Hz）不受悬浮质量的影响;悬浮质量越大,悬浮系统越不易稳定,重车的稳定车速为50km/h,轻车的稳定车速为30km/h;悬浮质量越大,悬浮系统的不稳定性对车体和悬浮架加速度的影响越大;磁浮列车静悬浮时,简支梁表现为持续的强迫振动,该激励频率为90Hz,使车体、悬浮架、简支梁均在90Hz处出现峰值,这一频率（90Hz）与悬浮质量的大小无关。     

行人-结构竖向动力耦合效应试验研究

对于轻质大跨度钢桥结构,行人-结构之间的相互作用会使结构动力特性和行人荷载特性发生改变。为此,针对行人-结构竖向动力耦合效应对结构动力参数和行人荷载动载因子的影响进行试验研究。通过测试行人在8种不同步行频率下行走时结构的动力响应,得到60人次554组有效加速度响应时程,进行运行模态分析;利用无线六轴蓝牙加速度传感器,分别在刚性地面和柔性桥面上开展了3种不同步行频率下行走激励的动力特性试验,得到了60人次1 200条有效加速度时程,并对其进行傅里叶变换。结果表明:考虑行人-结构竖向动力耦合效应,人行桥自振频率略有减小,阻尼比显著增加,且随着同步行走人数的增加,结构频率及阻尼比变化率逐渐减小。由于桥梁自振力的存在,行人荷载作用于刚性地面上的动载因子(dynamic load factor,DLF)大于柔性地面上的,试验结果表明,相较于刚性地面,行人在柔性桥面上行走时的第一阶动载因子减小14.7%。给出了刚性地面和柔性桥面前四阶行人荷载动载因子拟合公式,其可为柔性结构下考虑行人-结构相互作用的生物力模型的建立提供参考。     

单人姿态、体重对人-结构耦合系统竖向动力特性影响试验研究

人与结构之间的相互作用被称为人-结构系统的耦合作用。利用自制钢结构简支桥模型,测试了单人站姿、坐姿、蹲姿3种不同姿态下人-结构耦合系统的竖向动力特性,并分析了被测者姿态、体重对人-结构耦合系统竖向动力特性影响规律。分析表明,单人站姿、坐姿会明显降低结构第一阶竖向振动频率,单人蹲姿则会提高结构第一阶竖向振动频率。单人站姿、坐姿、蹲姿3种人体姿态均能提高结构第一阶竖向模态阻尼比,其中站姿提升最大、坐姿其次、蹲姿最小。对于同一结构模型,被测者体重与结构第一阶竖向振动频率、结构第一阶模态阻尼比均呈显著的负相关性,即体重越大,其峰值越小。     

预应力桥梁竖向振动特性和地震反应分析

基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法。通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题。算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小。对于20m和32m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3%和6.3%,而第5阶竖向频率升高只有1%左右。②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30%和25%,预加力提高了桥梁的抗震能力。③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略。④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56%和26.15%,8度设防烈度时所占比例分别为38.93%和41.46%,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响。     

列车-有砟轨道-路基系统竖向耦合振动及其响应分析

由于道砟颗粒在列车高速运行下会发生剧烈振动以至于产生颗粒破碎甚至飞溅现象,对有砟轨道系统的动力学研究显得十分迫切。为探究在列车行驶过程中车体、轨道、路基在竖直方向上的动力响应,结合刚体假设、有限单元法、离散单元法建立列车-有砟轨道-路基竖向耦合系统,通过简化轮轨相互作用关系,建立列车-轨道系统竖向耦合振动方程,轨道及其下部结构在受力分析后通过矩阵的"对号入座"法则建立有砟轨道-路基的振动方程,最后得到列车-有砟轨道-路基竖向耦合系统的振动方程。基于MATLAB编程软件,采用Newmark-β逐步积分法求解振动方程。最后得到在列车荷载作用下,列车本身、钢轨、轨枕、道床层、路基层的动力响应以及轮轨力,分析计算得到的结果与相应的限定值进行比较,验证了所建立模型的正确性。     

人-桥竖向动力相互作用效应理论与试验研究

在人行桥人致振动现象中,行人对桥梁的振动具有双重作用效应,其一以外荷载的形式直接作用于桥梁结构上,表现为强迫驱动作用;其二则以"激励-振动-感知-步伐调整再激励"的反馈环作用形式发生在桥梁的整个振动过程中,表现为人-桥之间的动力相互作用。然而,在当前的人行桥人致振动问题研究中,有关人-桥动力相互作用效应(尤其是竖向)的研究成果较少,导致其在现有的人行桥人致振动响应计算方法中经常被忽略,从而直接影响到计算结果的可靠性。针对这一问题,首先从理论上建立反映行人步行特征的行人动力学模型,并从等效的观点研究振动环境下行人平衡控制理论,借用风工程中强迫振动气动导数识别的思想,提出人-桥动力相互作用效应的理论评价体系,并结合数值方法系统地研究人-桥动力相互作用效应;在此基础上通过试验手段,利用强迫振动法识别结构动力特性的相关理论,研究人-桥动力相互作用的整体效应;通过理论分析与试验结果相对比,进一步对人-桥动力相互作用效应的理论表达式进行修正、完善,最终给出以单人形式描述的人-桥动力相互作用理论表达式。     

随机车流下的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究

在交通荷载观测及统计分析的基础上,获得交通状况的代表性数据,对记录的车型、车重、车距和车速进行统计,在此基础上进行随机车流模拟,编制随机车流模拟程序RTF(Random Traffic Flow),程序中首次全面引入车型、车重、车距和车速4个参数;建立可以考虑任意车辆数目、不同车道以及车辆相向行驶功能的随机车流下的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动分析框架,编制相应的分析模块RTFWVB(Wind-Vehicle-Bridge system analvsis).以杭州湾跨海大桥为工程实例,详细研究密集、稀疏运营状态,车流单向、相向行驶以及侧风与车辆移动荷载对桥梁关键部位动力响应的影响.分析表明:密集运营状态下桥梁动力响应明显大于一般运营状态下的相应值;车流方向对桥梁振动影响不大;密集运营状态下车辆移动荷载主要决定桥梁动力响应的均值,而侧风主要影响桥梁动力响应的脉动部分,风速越大波动越显著.     

中低速磁浮道岔振动与控制研究现状与展望

磁浮道岔是中低速磁浮轨道交通的关键结构,磁浮列车—道岔耦合振动直接影响行车的安全性和平稳性,也是制约磁浮道岔设计优化的主要因素。文章针对中低速磁浮道岔,总结分析了当前国内外磁浮道岔振动、振动控制的研究现状及研究不足。磁浮列车—道岔耦合振动是一个由悬浮控制器、车辆和道岔所组成非线性系统问题,在此基础上对中低速磁浮道岔振动与控制的研究方向作出了展望。     

风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究

为了考虑侧风引起的车轮相对于桥面的侧向相对滑动,在车轮与桥面之间引入了一个特殊阻尼器,这个阻尼器的阻尼系数依赖于车辆与桥梁的竖向耦合运动。在综合考虑路面粗糙度、车辆悬挂系统以及车轮相对于桥面侧向相对滑动的基础上,提出能够考虑桥梁的静风响应、抖振响应、汽车-桥梁耦合振动、系统的时变特性以及结构几何非线性和气动荷载非线性影响的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动分析模型,编制了相应的分析程序。该程序既可以预测不同路面粗糙度,车速以及干、湿、雪、冰路面状况下行驶于桥梁上车辆的行车安全性,也可以评价低风速下车辆驾驶舒适度以及侧风和车辆移动荷载对桥梁振动的影响。     

虹桥枢纽磁浮—地铁—站屋耦合振动研究策略

结合虹桥综合交通枢纽磁浮站屋结构一体化设计研究课题,本文介绍了大型综合交通枢纽站中的磁浮列车与地铁—站屋耦合振动的研究策略和技术路线。通过理论分析与试验结果对比表明：在目前的研究水平下,该研究策略和技术路线是可行的。     

基于加速度响应的体育馆大跨度楼盖竖向振动有限元分析

结合某实际工程,设计11种楼盖方案,并通过5种不同荷载工况下的人致跳跃荷载所致楼盖竖向振动有限元模拟分析研究,得到有关人致荷载下大跨度楼盖结构竖向振动的主要结论:类共振、二分频类共振有可能成为体育馆大跨度楼盖竖向振动舒适度评价中的控制工况;增大楼盖自振频率可避免发生二分频类共振,但调整后应防止三分频类共振或者其他高频非类共振工况成为控制工况;采用峰值加速度对类共振工况下的舒适度评价较为适用,而非类共振工况下则应同时考虑峰值加速度及其持续时间的综合评价方法;增加梁高及增设平梁底板能有效控制大跨度楼盖结构在人致荷载作用下的竖向振动,在增设平梁底板的情况下增大底板厚度的效果更为明显,而增加楼板板厚则效果不明显。     

Theoretical study and experimental verification of vibration control of offshore wind turbines by a ball vibration absorber

In this paper, a ball vibration absorber (BVA) is introduced for vibration control of offshore wind turbines. The dynamic responses of offshore wind turbines equipped with a BVA are presented. Both theoretical and experimental investigations are carried out. An analytical model for the wind turbine tower system with installed BVA is developed based on Lagrange's equation. The BVA-structure integrated equations are derived and solved in both time domain and frequency domain. A series of shaking table tests on a 1/13-scale wind turbine model with and without a BVA were carried out to evaluate the effects of BVA on the vibration mitigation of the wind turbine tower system under earthquakes and equivalent wind-wave loads. Numerical simulations of the system are performed and compared with the experimental results. Good agreement between the numerical and experimental results is observed. The results indicate that BVA could effectively improve the performance of the offshore wind turbine.     

重载列车作用下桥墩-桩基竖向动荷载特性试验研究

为探明大轴重、长编组和高密度重载列车作用下桥墩和桩基承台顶的动荷载特性,开展不同车速和轴重条件下的桥墩-桩基体系竖向动荷载响应现场试验。分析桥墩动荷载曲线的时域、频域特征,采用Kolmogorov法对动荷载幅值进行正态性检验,建立列车参数与动荷载频域特征的联系;基于3σ原则对不同敞车作用下的动荷载特征值(均值、均幅值和均峰值)进行统计,结合实测数据建立重载列车作用下的墩顶动力系数计算公式,并提出墩顶和桩基承台顶的荷载谱公式及其参数取值。结果表明:动荷载响应在时域上可分为快速增加,周期波动和快速衰减3个阶段,在频域上服从倍频规律和幅值调制效应,0～5Hz频段激振对动荷载起控制作用;动荷载幅值服从正态分布,动荷载均峰值和振动能量沿墩身衰减明显,动荷载均值和均峰值随轴重增大而增大,均幅值随轴重的增加而减小;建议采用φ=1+0.0045v计算墩顶动力系数,采用三角级数式拟合桥墩荷载谱效果显著。研究成果可为重载列车作用下桩基的长期承载变形性状及环境振动评估的研究提供关键参数和可靠检验样本。     

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤#br# 反应影响离心机振动台模型试验研究

已有研究表明不同轴压比下中柱侧向变形能力是影响浅埋框架地铁车站结构抗震性能的关键因素。为了研究由竖向地震作用引起的柱轴压比增高对浅埋地下框架结构的地震损伤反应的影响,采取在结构上覆土中掺入钢砂的方式体现上覆土的竖向惯性力作用,开展地下结构地震破坏离心机振动台模型试验研究。试验结果表明：结构上覆土体掺钢砂的方式对土-结构体系的动力特性、地震作用下地下结构顶、底板水平相对位移反应影响不大;增加上覆土竖向惯性力较大地改变了围岩土体与地下结构的接触压力分布形式,进而改变结构各构件的内力状态,使得框架结构中的关键竖向承力柱的轴压比升高;增加上覆土竖向惯性力导致地下结构框架受力及中柱轴压比增高的后果使得地下框架结构更易发生地震破坏。     

Dynamic response analysis of monorail bridges under moving trains and riding comfort of trains

This paper introduces an analytical procedure to derive equations of motion for the monorail train–bridge interaction based on Lagrange’s formulation to investigate riding comfort of moving monorail trains on bridges. A 15 degrees-of-freedom dynamic model is assumed for a car in a monorail train that consists of driving, steering, and stabilizing wheels. It is based on the finite element method for modal analysis using three-dimensional models for a monorail bridge. Dynamic behaviors of a rationalized monorail bridge with a simplified structural system are investigated in comparison with those of a conventional monorail bridge using the developed analytical method. The riding comfort of running trains on the rationalized monorail bridge based on ISO 2631 is estimated using 1/3 octave band spectral analysis. Observations indicate that a rational type bridge does not engender difficulties related to the riding comfort of the monorail train, even when considering the longest traveling time of passengers between terminals.     

青岛体育中心综合训练馆大跨混凝土楼盖振动舒适度测试与分析

通过建立竖向振动舒适度长期监测系统,测试了青岛体育中心综合训练馆大跨度混凝土楼盖在主体结构完成、木地板铺设完成、整体结构完成等4个典型阶段的动力特性;实测了在单人行走、多人齐步行走、多人跳跃、多人随机及正常比赛训练等多种激励情况下结构楼面的加速度反应,并与有限元分析及英国混凝土协会建议的计算方法（CCIP-016）进行...     

主动式冷梁热工性能仿真模型及实验验证

以无限空间射流理论和表冷器换热理论为基础,对主动式冷梁的工作原理进行了分析。在假设条件下,建立了诱导送风模型和干工况表冷器换热模型。结合这两种模型,最终建立了主动式冷梁工作模型。在设定的5种静压箱静压值下,对主动式冷梁样品的一次风量、二次风量、水侧换热量等热工参数进行测试。选取诱导比和制冷量两个表征冷梁性能的参数作为标准,对模型理论值与样品实际值进行了一致性与差异性分析,验证了所构建的主动式冷梁模型。