考虑车轮滚动轨迹的桥头跳车动力荷载计算方法及影响因素分析

为分析车辆桥头跳车时的动力荷载,提出了更符合实际形状的圆盘车轮模型,以考虑车轮经过桥头错台时的滚动轨迹,结合基于有限元的车辆整体模型和相应的动力学方法,实现了车辆上、下桥头错台时的竖向、顺桥向动力荷载的定量分析。算例表明,考虑车轮滚动轨迹后,动力荷载计算值比以往平缓得多;跳车动力荷载的大小与车辆的行驶速度、车轮的悬挂方式、桥头错台的高度等因素有关,其表现为:1) 车辆的最大动力荷载与桥头错台高度成正比;2) 对于独立悬挂的车轮,车速越大,最大动力荷载越大;对于非独立悬挂的车轮,最大动力荷载随着车速的增大呈现波动的形态;3) 上桥时的最大荷载位于错台上,下桥时前、中轮的最大荷载离桥头错台较远,后轮则较近;4) 桥头错台跳车造成的轮载冲击系数可能超过我国桥梁规范设计值,需要引起重视。     

轴重 40 t车辆车轮扁疤冲击振动特性研究

建立轴重 40 t 车辆?轨道动力学模型,采用变化车轮半径的方法模拟扁疤作用下的轮轨相互作用特征,分析轮轨冲击动力荷载特性。结果表明,车轮扁疤将激发出高频轮轨冲击荷载,高频区能量占主导。扁疤临界速度作用下轮轨冲击荷载达到峰值,扁疤越长,临界速度越高,扁疤长度为 10,20,30 和 40 mm 时临界速度分别为 30,50,70 和80 km/h,扁疤长度超过 50 mm 时,临界速度大于重载车辆最高运行速度 100 km/h。高频区的轮轨荷载主要存在于轮轨界面,不会引起钢轨变形,频率在 850 Hz 以下时轮轨动荷载才能有效传至轨下基础,根据轨枕设计极限荷载,建议车轮扁疤长度不应超过 40 mm。     

波形钢腹板PC简支箱梁桥局部与整体动力冲击系数的计算分析

为合理分析和计算波形钢腹板PC简支箱梁桥局部与整体的动力冲击系数,分别建立了波形钢腹板PC箱梁桥和车辆结构的振动方程,并根据车轮与桥面的接触关系形成两者耦合振动的动力方程。采用MATLAB和ANSYS软件分别建立了三维的车辆模型和波形钢腹板PC箱梁桥的有限元模型,并在考虑路面平整度随机激励的作用下,利用MATLAB软件求解了车桥耦合系统的动力方程,得到桥梁结点的位移振动响应;依据动位移与静位移的关系,计算出了波形钢腹板PC箱梁桥的局部及整体的动力冲击系数;对所求得的局部及整体动力冲击系数进行了不同车辆类型、不同车道数加载,不同行驶速度和不同路面情况下的参数分析,并与我国现行规范和美国现行AASHTO规范进行对比分析,最终提出了波形钢腹板PC简支箱梁桥局部及整体动力冲击系数的合理确定方法,所得结论可为波形钢腹板PC箱梁桥动力冲击系数的确定提供参考。     

城市桥梁桥头跳车成因分析和防治措施

城市道路桥头跳车问题是目前较常见的道路病害,由于桥头接缝处下沉、路面破坏,出现了不同程度的错台。这些错台轻则使车辆通过时产生跳动和冲击,从而对桥梁和路面造成附加的冲击荷载,加速路基的沉降;严重的则使通过的车辆大幅减速,有的甚至造成行车事故,严重影响了道路的正常行驶。本文分析城市桥梁桥头跳车病害的成因机理,介绍几种常用的桥头跳车防治措施。     

桥头跳车对桥梁振动影响的研究

本文研究了运行车辆荷载作用下简支梁桥的动力响应，通过简城梁桥的动荷载试验，用数值方法分析了桥头跳车，桥面平整度，车速对冲击系数的影响，结果表明，理论值与实测值相当吻合。     

桥头引道沉降对简支梁冲击效应的影响分析

摘 要：针对旧桥中经常出现的桥头引道及伸缩缝破损情况,考虑接缝处沉降差引起的桥头跳车对桥梁振动的影响,提出与错台高度相关的桥头衔接状况五个等级划分标准。以我国常见的中小跨径简支梁为对象,基于五参数车辆模型的车桥耦合系统运动方程,用Newmark法进行数值求解,分析桥头引道沉降差对桥梁振动的影响。研究表明随着沉降差增加,汽车对桥梁的冲击效应明显变大,且随着车速的增大,冲击效应变大。沉降差在桥梁中产生的动力放大系数随着跨径增大而减小。另外,桥头沉降差使车辆竖向加速度瞬时变大,其绝对值随着错台高度的增加而迅速增大,该加速度变化与桥梁跨径无关。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

刚构-连续组合桥梁冲击系数多因素灵敏度分析

为了研究影响冲击系数的显著性因素,以某刚构-连续组合桥梁为依托工程,采用三轴二分之一车辆模型,基于通用程序建立了车桥耦合振动有限元分析模型,考虑了车桥频率比、桥面不平整度、车体质量、车辆阻尼比、行车速度、车辆行驶方式、桥梁刚度、桥跨布置和下部结构计算模式等9个影响因素,通过正交试验表研究了该桥在诸因素下结构控制截面的挠度（位移）、弯矩冲击系数,并开展了冲击系数的敏感性因素分析。结果表明,现有规范计算此类桥梁的冲击系数值偏小;车桥频率比、桥面不平度及车辆行驶速度是影响该类桥梁冲击系数的敏感性因素,研究成果为将冲击系数定义为多因素的函数表达式指明了方向     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析

为分析非平稳行驶条件下重型汽车轮胎附加动载特性、探讨与匀速平稳行驶工况下的差异,基于车辆行驶动力学理论,建立三轴重型汽车系统动力学模型和路面非平稳随机激励时域模型,采用MATLAB/Simulink软件仿真分析了车辆非平稳行驶条件下轮胎动载的响应规律,并与匀速平稳行驶条件下的分析结果进行比较。结果表明:车辆加速时轮胎动载荷幅值变大、减速时动载荷幅值减小;车辆等时通过同一段道路时,匀速平稳行驶时的动载荷较小;随着加速度、初速度和路面不平度的增加,动载荷幅值变大。研究结果可为精确模拟车辆轮胎动载荷、道路友好性分析和路面损伤破坏预测提供参考。     

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。     

Impact factors for a composite steel bridge using non-linear dynamic simulation

Traditionally, bridges are designed using static loads that are increased by the dynamic load allowance (DLA) factor (or dynamic amplification factor). The DLA factor is a function of span or first flexural natural frequency of the bridge, and indirectly incorporates the dynamic effects of moving vehicles in the design. This article firstly reviews the literature on impact loading of bridge decks. Analytical methods published previously are evaluated and the bridge–vehicle interaction is found to be the most reliable method among them. The article then presents a 3D finite element model to study the bridge–vehicle interaction. Finite elements are developed to simulate the trucks, the road surface and the composite girder bridge itself. Truck parameters include the body, suspension and tires, with variables being the total weight and the speed. The bridge superstructure is treated as a 3D composite steel girder bridge incorporating special end springs that simulate the elastomeric bearings. A parametric study is performed to identify the effect of various parameters on DLA, such as vehicle speed, aspect ratio of steel girders, stiffness of neoprene, type of vehicle, vehicle lane eccentricity and initial bounce of the vehicle due to road surface roughness. The results indicate that the DLA is correlated well with the velocity of the truck, especially at high speed. DLA is vehicle dependent and the dynamic and static live loads can be considered uncorrelated, except when the truck weight is less than 10 percent of the total deck weight, for which a low degree of correlation is observed. The DLA is decreased as the vehicle lane eccentricity (with respect to the deck centerline) is increased, and the same relationship exists with the bridge span length. No distinctive correlation is observed between the DLA and the initial bounce of vehicle at the time of entrance to span.     

基于路面等级匹配的重卡包装物运输激励研究

目的利用传感器搭配数据采集卡收集路面不平频谱,将路面信息匹配标准路面等级以及车辆行驶速度。方法通过Matlab将标准PSD与随机激励匹配路面等级,同时建立1/2四轴重卡动力学模型,并用能量法建立动力学方程。将收集的路面不平频谱对应到相应的路面等级,再结合车辆速度的设定,最后求解得到车辆受激励后轮胎的动载位移频谱,分析得出被运输包装物的半挂车平板动载位移。结果重卡运输前轴轮胎在A级路面以60 km/h的车速经过该路面的动载位移量在0.8和9.8 s时达到峰值,且路面响应位移不超过6 cm。结论求得被运输包装物的所受激励频谱,为被包装物的运输振动安全性研究提供支撑,可结合具体被运输包装物的脆值理论,提供被运输物品发生运输损坏的数值仿真。     

八轴连通式油气悬架车辆行驶性能和通过性能研究

行驶性能和通过性能是评估车辆越野性能的基本指标。为得到八轴连通式油气悬架车辆的越野性能,分别对行驶性能和通过性能开展了研究。简化了整车的物理模型,根据拉格朗日方程推导了车辆的振动方程,建立了白噪声路面输入方程;通过仿真结果与实验结果的对比,验证了柔性模型的合理性。基于柔性模型,以路面不平度系数为输入变量,得到了车辆在较好路面、一般路面、较差路面、恶劣路面的行驶性能;通过建立脉冲冲击、台阶冲击、震荡冲击的数学模型,得到了车辆的通过性能。结果表明:随着路面等级变差,八轴车辆的极限车速下降,B级路面极限速度为144 km/h,C级路面极限速度为64.8 km/h,D级路面极限速度为32.4 km/h,E级路面极限速度为7.2 km/h;路面冲击类型主要影响车头的加速度和车轮相对动载的极值,脉冲冲击时车轮发生腾空,且车头垂向加速度超过2.5倍重力加速度,而台阶冲击和震荡冲击均未出现轮胎腾空和车头2.5倍重力加速度的过载。     

Vehicle speed affects both pre-skid braking kinematics and average tire/roadway friction

Vehicles decelerate between brake application and skid onset. To better estimate a vehicle's speed and position at brake application, we investigated how vehicle deceleration varied with initial speed during both the pre-skid and skidding intervals on dry asphalt. Skid-to-stop tests were performed from four initial speeds (20, 40, 60, and 80 km/h) using three different grades of tire (economy, touring, and performance) on a single vehicle and a single road surface. Average skidding friction was found to vary with initial speed and tire type. The post-brake/pre-skid speed loss, elapsed time, distance travelled, and effective friction were found to vary with initial speed. Based on these data, a method using skid mark length to predict vehicle speed and position at brake application rather than skid onset was shown to improve estimates of initial vehicle speed by up to 10 km/h and estimates of vehicle position at brake application by up to 8 m compared to conventional methods that ignore the post-brake/pre-skid interval.     

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。     

大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,基于风-车-桥系统空间耦合分析模型,以一大跨度公轨两用悬索桥为例,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应,讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响;同时,基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标,对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析,得出了该悬索桥的抗风行车准则:当风速小于20m/s时,车速可达设计车速80km/h;当风速介于20m/s和25m/s之间时,车速不能大于60km/h;当风速大于25m/s时,应封闭轨道交通。     

准高速行车下铁路桥梁振动特性的试验研究

铁路桥梁振动特性是制约铁路提速的一个重要因素.本文结合广州—深圳准高速铁路线石滩64m钢桥振动特性的实际测试,深入研究列车提速至大于120km/h的行车条件,跨度大于16m桥梁的共振问题.研究表明,提速列车作用下铁路钢桥的共振响应是不容忽视的,桥梁发生共振的根本原因是列车移动荷载对桥梁的激励频率与桥梁的某阶有载模态频率接近.上述结论验证了车桥系统耦合作用的理论分析.