城市高架桥梁车-桥耦合振动及其试验研究

城市高架桥梁的车-桥耦合振动属于随机振动范畴,目前无法采用确定性方法和手段而只能用统计规律来解决。现阶段车-桥耦合振动的研究已由早期以现场实测为主发展为以理论分析为主,辅以现场实测进行验证。通过对南京市内某高架桥梁进行动载试验,测试桥梁的动力特性及不同行车荷载状态下的动态响应,并与理论分析结果进行对比,结果表明:随着车速的提高,桥梁响应呈波动状上升;桥梁结构自振频率及动态响应的实测值与理论计算值基本一致。     

车速对铁路桥梁动力响应的影响分析

针对桥梁结构对移动列车动力响应的复杂性,通过有限元分析软件ANSYS分析石太铁路一简支梁桥在不同车速下的动力响应,得出了铁路筒支梁桥在高速列车作用下的一些动力响应特性,从而为铁路简支梁桥的合理设计提供科学依据。     

基于现场测试的列车引起地基振动分析

 对秦沈客运专线列车引起地基振动进行现场测试,通过对实测数据的时频分析,得到一个由轨道不平顺引起的基频。推导考虑轨道不平顺条件下列车动荷载的简化解析解,基于波数有限元理论推导动荷载作用下地基动力响应的柔度矩阵。以现场实测数据为依据,建立列车–轨道–地基振动模型,以推导的列车荷载为输入,计算轨道不平顺条件下列车运行引起的地基振动。分析不平顺幅值、波长以及车速对动态轮轨力的影响;研究层状地基上多轮荷载作用产生的动力响应,讨论车速变化对地基振动的影响。研究结果表明：所提出计算模型可以高效地预测轨道不平顺引起的地基振动;不平顺波长与列车运行速度一定时,轨道不平顺幅值越大,地基振动响应和轮轨作用力越大;不平顺幅值与列车运行速度一定时,不平顺波长越长,地基振动加速度和动态轮轨作用力越小;轨道不平顺波长与不平顺幅值一定时,车速越大振动加速度越大。     

城际高速铁路桥梁车行动力响应

为探究高速运行城际列车下的桥梁动力响应,以京津城际铁路为背景,借助有限元软件ANSYS建立了车-轨-桥系统动力模型;基于建模的正确性,通过对京津城际铁路单线行车、双线同向行车和双线对向行车三种工况的仿真计算,研究了高速行车荷载下的梁体位移、内力和应力的基本响应情况,并对桥梁各部位的响应敏感程度进行了梳理。结果表明:基于三维梁单元建模的梁体自振频率有限元计算值与试验实测推导值吻合较好;三种工况下各分析指标的响应峰值大小无统一规律,响应峰值位置不完全重合;梁体拉应力敏感度由跨中向跨端、由横截面中心线处向梁宽两边均呈下降趋势,由顶板向底板呈提高趋势;因此基于第一强度理论,在今后的桥检工作中应对桥梁跨中的底板底部加以重视。     

列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明：大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。     

环境风激励下的深圳平安金融中心模态参数识别

对高度600 m的超高层建筑——深圳平安金融中心在外界环境风激励下的风振响应进行了现场实测。通过安装在塔楼118层的2组加速度传感器测得结构的风致加速度响应,采用经验模态分解法（EMD）与随机减量技术（RDT）相结合的方法计算了结构的自振频率和阻尼比。建立了深圳平安金融中心三维有限元模型,通过有限元分析得出结构的自振频率,并与实测结果进行对比。结果表明:由EMD和RDT相结合的方法计算得出结构1阶横弯自振频率约为0.12 Hz,阻尼比为0.3%~0.6%;结构1阶扭转自振频率约为0.28 Hz,阻尼比为0.8%~1.0%;深圳平安金融中心实测结构自振频率和阻尼比与其他结构高度相似的超高层建筑实测结果相近,且实测结果和有限元分析结果吻合较好,验证了EMD和RDT结合方法分析超高层建筑模态参数的有效性;测试结果可以为超高层建筑设计和相关研究提供依据。     

某高速铁路钢-混连续结合梁桥车桥动力响应分析

考虑栓钉连接件的柔性,针对一座3跨钢-混凝土铁路连续结合梁实桥建立有限元模型,对其自振特性进行分析,并与试验结果进行对比。经研究发现:柔性栓钉连接件所引起的滑移对结合梁的动力响应有重要影响。基于上述分析,进行了高速列车荷载作用下结合梁动力响应分析,计算了桥梁和车辆的各种动力指标的最大值:包括冲击系数、桥梁的竖向和横向动位移及动加速度、机车和车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向和竖向加速度及横向和竖向平稳性指标(Sperling指标),并与实测结果进行了对比,结果吻合较好。     

某大跨钢管桁架人行桥荷载试验与分析

本文通过对某主跨为65.73m的钢管桁架人行桥进行全桥有限元计算分析和桥梁荷载试验,分析大跨钢管桁架人行天桥的承载能力及动力特性。试验及分析结果表明:钢桁架人行天桥上部结构性能够满足设计荷载作用下的安全使用要求。桥梁结构实测与理论自振频率的偏差均在10%之内;竖向一阶自振频率实测值为2.25Hz,不满足规范中人行天桥的要求。安装TMD阻尼器后对结构减振效果不明显,需要对TMD阻尼器的参数进行进一步的优化设计,以使其减振效果达到最大化。本文所应用分析方法对解决同类工程问题具有借鉴作用。     

南京南站高速列车对建筑结构振动影响实测及分析

在第三代铁路客站建设中,站桥合一的建筑结构形式大量出现,列车对站房结构振动影响也开始变得明显。本文对列车运行时南京南站的站房结构振动响应进行了实测。根据站房结构关键位置的测试结果,对振动加速度和位移响应的极值、频谱特性、振动分布和时程特点等进行了分析。同时根据轮轨关系理论建立了站房有限元计算模型,进行了动力响应分析计算,并将计算结果与实测结果进行了对比。结果表明理论计算值与现场实测值较为接近,证实了列车振动影响计算方法是可信的。     

时速200～250km高速铁路桥梁动力性能试验研究

基于近年来在我国开展的多条高速铁路桥梁动力性能试验研究,对设计速度200～250km/h的常用跨度简支梁桥以及连续梁桥的自振特性、刚度参数、梁体动力响应以及动车组通过桥梁时的安全性和平稳性试验结果进行系统总结和规律分析,研究结果表明:①高速铁路桥梁具有足够的竖、横向刚度,能够满足动车组200～250km/h高速运行要求;②现有高速铁路设计规范通过控制简支梁的竖向自振频率,避开了由移动荷载列对桥梁产生的竖向加载频率,有效控制了梁体竖向共振发生,但在特定车速下会产生超谐共振;③常用跨度混凝土简支梁横向自振频率与列车横向强振频率相差较远,不会产生横向共振现象;④在现有桥梁刚度条件下,连续等跨布置简支梁对高速动车组的运行安全性和平稳性没有影响。     

BRT桥梁静动力荷载试验与结构性能评估

笔者在桥梁静动载试验相关研究的基础上,对厦门集美大桥BRT桥梁进行了静动载试验,得到了该桥梁的内力、变形(应变)及其自振频率和冲击系数,并将试验数据与有限元计算结果进行对比分析。结果表明:BRT桥梁静载试验荷载效率系数满足规范要求;控制截面实测挠度和应变均小于计算值;实测振型与有限元计算振型具有很好的相关性,实测频率值均大于计算值,同时实测冲击系数平均值小于计算值,表明该桥梁结构在设计荷载作用下处于良好的弹性工作状态,结构承载能力及正常使用性能均满足规范要求。     

多跨预应力连续箱梁桥动载试验研究

以福建省尤溪县某新建四跨预应力连续箱梁桥为工程背景,对该桥开展了环境脉动试验和无障碍行车试验研究,分析了桥梁的自振特性和行车激励下的动态响应,得到结构的自振频率、阻尼比、振型、动应变、冲击系数等动力特性指标。结果表明,该桥实测的结构基频为5.87Hz,实测的各阶频率均大于计算频率,表明桥梁结构实际刚度较大;实测的阻尼比均小于5%,表明桥梁结构整体弹性工作性能较好,具有一定的耗散外部振动能量的能力;无障碍行车工况下,实测的冲击系数为0.095～0.214,根据规范计算出的理论冲击系数为0.297;各车速下冲击系数的实测值均小于理论值,表明该桥桥面平整度和行车性能良好,桥梁动力特性符合规范要求。     

既有铁路桥的动载试验及有限元分析

对青藏铁路某简支板梁桥进行现场动载试验,得到该桥梁结构在列车通过时的动力响应;同时建立有限元模型对该桥进行动力学的有限元分析得到数值解,将实测值和计算值进行对比分析,判断了其承载力和工作性能,为桥梁的加固与否提供依据。     

车辆荷载作用下简支梁桥动力特性分析及模态参数识别

为研究车辆荷载作用对简支梁桥结构动力性能的影响,对车辆荷载作用下的简支梁桥进行能量分析并采用随机子空间法(SSI)和RDT-STD法对简支梁桥进行模态参数识别研究。分析不同车速激励下的桥梁能量分布情况,对比不同模态参数识别方法的频率、阻尼和振型的识别结果。结果表明:随着车速的增加,简支梁桥的加速度幅值不断增大,能量向高频段偏移,更容易激发结构的高阶模态;随机子空间法(SSI)和RDT-STD法均能有效识别出简支梁桥的竖向频率,SSI法对于简支梁桥频率和阻尼的识别精度高于RDTSTD法,但两种识别方法对阻尼的识别相对误差较大,且存在一定的离散性。     

高铁站房大跨钢楼盖行车和人群荷载激励下振动响应实测与分析

对西安高铁站候车大厅在列车进出站、人群荷载激励下的结构振动响应,采用加速度传感器和信号采集分析仪进行了现场实测。分析了各测试工况下结构振动响应情况、行人-结构耦合作用、行走频率及行走状态对结构振动的影响。结果表明:列车进、出站及乘客检票进站时,不会产生较大竖向振动。人群荷载激励工况下,结构发生共振时等效正弦波峰值加速度最大为609.99 mm/s2;共振状态下,具有明显的行人-结构同步效应,且不同行走状态的人群对同一振动的反应各不相同。结构在步行频率及其整数倍频率上的振动响应较大;功率谱分析表明,人群荷载前3阶谐波分量对楼板振动贡献最大,舒适度分析时可只考虑前3阶谐波分量。采用加速度峰值会高估结构加速度响应,建议采用ESPA规范评价结构竖向舒适度。     

后加钢支撑加固铁路既有简支桥梁共振响应分析

为了评价桥梁采用后加钢支撑加固后的效果,本文介绍了车桥发生共振的原理,解释了桥梁消振现象的原因;通过有限元分析软件ANSYS及多体动力学软件Universal Mechanism(UM)对桥梁加固前后共振响应进行了分析,计算了桥梁加固前后发生共振时的临界速度,并与理论结果进行了对比。研究结果表明：通过车桥耦合共振分析验证了桥梁竖向共振以及消振时列车临界速度的理论解,而由于引起横向振动的蛇行运动的复杂性,难以求出准确的理论解,但通过车桥耦合分析得到的横向共振的速度在理论的合理范围内;后加钢支撑加固方法只对桥梁横向动力特性有影响,对桥梁的竖向动力特性没有明显影响,也不会改变桥梁的竖向共振特性;列车运行速度较高,列车荷载频率会接近于桥梁的一阶扭转以及二阶横向自振频率而引起桥梁的横向共振,桥梁加固时也应加强桥梁的抗扭刚度;桥梁发生竖向共振时主要是由于列车的竖向加载频率接近或等于其第一阶竖向自振频率;该加固方法成功避免了列车引起的横向共振,可供既有铁路桥梁加固时参考。     

车辆荷载下连续刚构桥冲击系数分析

为了研究桥梁在移动车辆荷载作用下的动力特性和冲击系数,以某连续刚构桥为计算实例,采用有限元软件Midas/Civil建立桥梁结构的有限元模型,将车辆荷载近似模拟为三角形荷载,用时程分析法分析了车辆荷载作用下连续刚构桥的动力响应特征,分析了车辆在不同车速、不同车重作用下车辆荷载因素对连续刚构冲击系数的影响规律,并提出相应的结论,为桥梁结构在移动车辆荷载作用下的安全性、适用性提供参考依据。     

秦沈客运专线路基振动测试分析

利用环境激励与列车荷载激励,对秦沈客运专线路基振动进行测试,通过频谱分析,得到了列车荷载作用频率、路基自振频率与列车荷载作用下路基振动频率,分析了路基振动频率及振动加速度与列车速度的关系。结果表明,列车荷载作用下路基振动与路基自振频率与列车速度密切相关,在一定列车速度下路基振动加速度达到最大值。     

汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应

在建立6参数1/4汽车模型和每节点7个自由度的桥梁有限元模型的基础上,研究了汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应.通过数值模拟,分析了简支弯箱梁桥的动力特性,同时研究了不同的曲率半径、偏心距、弯扭刚度比、行驶速度等因素对动力放大系数的影响.结果表明:并非所有的前5阶桥梁自振频率随曲率半径的增加而增加;当参数改变时挠度和扭转角的动力放大系数的变化规律并不相同,相同条件下扭转角动力放大系数的变化较挠度动力放大系数的变化明显.     

基于初位移加载法和脉动法的单管通信塔模态测试与数值分析

为了获得实际单管通信塔的动力特性,基于初位移加载法和脉动法对一单管通信塔结构进行了现场动力特性测试,获得了其前三阶频率和一阶阻尼比。利用SAP2000软件建立了该结构有限元模型,获得了结构计算的自振频率。对比结构实测和数值计算可知:初位移加载法和脉动法测试单管塔的动力特性基本一致;结构实测与数值计算自振频率基本一致;实测阻尼比比规范规定的阻尼比小。