移动荷载作用下简支梁共振与消振机理研究

推导了简支梁在移动荷载列作用下的振动响应理论解,得到了简支梁发生共振及两类消振效应的车速计算公式,阐明了二者的发生机理。提出移动荷载作用下简支梁存在两类消振效应,第一类消振为单个荷载行为,第二类消振与荷载间距有关;发生消振效应时,已经离开桥梁的荷载所引起简支梁的自由振动抵消为零,桥梁的动力响应较小;消振发生的条件较共振更为严格,当车速同时满足二者的要求时,消振效应起主要作用,将出现共振消失现象;理论上通过调整车厢长与桥跨之比可避免共振现象发生。通过算例分析了两座简支梁在列车过桥时的动力响应,验证了理论分析的正确性。     

移动荷载列作用下简支梁振动响应参数研究

推导了移动荷载列作用下简支梁位移响应的精确解,在此基础上引入3个无量纲参数,研究了荷载移动速度、荷载频率及结构阻尼对桥梁响应的影响,分析了简支梁在一定荷载速度下的共振和消振现象发生机理。结果表明:桥梁跨中的最大位移响应并非随着荷载速度的增大而单调地增大,而是表现出一种类似正弦但波幅逐渐变大的方式;当移动荷载列以消振速度通过桥梁时,引起的桥梁余振响应趋近于零;简支梁的共振速度与移动荷载列的间距有直接关系,当共振速度同时又是消振速度时,共振现象被抑制;当简谐荷载移动速度较低时,梁体位移在荷载频率等于梁体第一阶自振频率时达到最大响应,随着荷载移动速度的增大,梁体位移达最大响应不再发生于荷载频率等于梁体第一阶自振频率的情况。     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

多个移动荷载作用下简支梁竖向共振机理研究

本文针对我国客车提速实验现场测试发现的３２ｍ下承钢板梁的竖向共振现象，建立了多个移动荷载作用下简支梁振动的叶域计算公式，通过分析多个移动荷载作用下简支梁的急剧稳态（强迫振动）和瞬态（自由振动）反应，提出这种共振现象是自由振劝部分（瞬态反应）所引起。桥梁的跨度与移动荷载速度比是影响共振幅值大小的主要因素之一，文中还对影响共振的其它主要因素进一步进行了系统的研究。     

单车过桥下弹性车体共振与消振现象分析

为研究弹性车体振动对车桥系统动力响应影响,将车体视为两端自由的均质等截面欧拉梁、转向架及轮对视为刚体,利用模态叠加法考虑简支梁变形,用轮轨密贴接触假设建立单车通过多跨简支梁的车桥系统动力学方程,并用Newmark-β数值积分法求解系统动力响应。以一系列正弦不平顺为系统激励,研究不平顺激扰下弹性车体共振与消振现象。结果表明,弹性振动主要改变车体的振动量,对桥梁振动反馈作用较小;弹性车体共振被激发时其动力响应被显著放大,共振速度由车辆定距与车体弹性自振频率决定;因存在轴距滤波,当不平顺波长满足弹性车体消振发生条件时车体动力响应被显著抑制。     

高速铁路常用跨度简支箱梁竖向共振条件分析

通过对动车组列车作用于高速铁路常用跨度简支箱梁的竖向共振条件进行理论探讨,并对常用跨度简支箱梁实测竖向自振频率及动力响应数据进行分析,得出如下结论:明确了高速铁路常用跨度简支箱梁在动车组荷载下的竖向共振作用机理,得到了简支箱梁的共振、超谐共振及消振速度计算公式;动车组列车对桥梁的竖向加载频率主要取决于列车速度和车长,加载频率等于桥梁的自振频率或为自振频率的1/2、1/3……时,桥梁结构发生共振或超谐共振;我国高速铁路常用跨度简支箱梁在运营速度(350 km/h)范围内梁体不会发生竖向共振;对高速铁路40 m、32 m和24 m简支箱梁的实测数据分析表明,在运营速度范围内存在2阶、3阶、4阶超谐共振现象,梁体动力响应出现峰值效应,与理论分析结果吻合;简支箱梁的消振速度与桥梁跨度和自振频率相关,当满足消振条件时,桥梁竖向动力响应降低。     

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.     

高速铁路中桥梁跨径布置与共振关系的探讨

高速列车通过桥梁时将会产生列车与桥梁相互耦合的振动。多跨简支梁形式的桥梁在高速铁路线中占相当大的比重。本文应用车桥耦合振动理论，通过大量的计算机仿真计算，讨论和分析了跨径布置和共振的相互关系。     

任意移动荷载列作用下简支梁桥的竖向振动响应解析分析

采用振动理论推导欧拉-贝努利梁在任意移动荷载列模型作用下其竖向振动的解析表达式。在表达式中综合考虑了列车移动速度 、所选取的振型阶数 、简支梁自身的质量 和刚度 以及体系的阻尼比 对简支梁竖向动力响应的影响。并用MATLAB语言编程计算,对结果的正确性进行校核。以京沪高速线路上32m简支梁桥为例,分析了简支梁桥在8辆ICE3动车编组的荷载列作用下的竖向动力响应。计算结果表明,本文的计算方法能够模拟桥梁在间距、大小均任意的移动荷载列作用下的竖向振动。解析结果应用于高速铁路的初步设计及对最大振动能级进行评估时可快速得出可靠结果。     

基于移动荷载谱的桥梁竖向自由振动最大响应研究

该研究提出了基于移动荷载谱的桥梁自由振动最大响应的频域分析法。该方法在频域内,采用傅里叶变换得到移动荷载作用在桥梁上的移动荷载谱及桥梁振动位移响应谱;并以理论推导与数值分析相结合的方法建立了移动荷载幅值谱最大值对应的无量纲速度与轴跨比(荷载轴距与桥梁跨径的比值)之间的关系;根据该关系提出了移动荷载作用下桥梁自由振动最大位移响应时的速度公式,该速度明显不同于共振速度。以两座不同跨径的简支梁桥为例,在时域内通过改变不同的轴跨比与移动荷载速度,计算桥梁自由振动最大位移响应,以此验证了频域分析结果的正确性。研究结果表明:基于移动荷载谱能够有效反映移动荷载作用下桥梁自由振动最大响应;当轴跨比为0.72时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最小;当轴跨比为0与1.47时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最大;移动荷载以速度公式获得的速度行驶,将会使得桥梁自由振动产生最大位移响应。     

二轴列车行经序列等跨桥时车辆共振响应分析

采用解析方法推导了二轴车通过序列等跨桥梁时车辆共振机理和条件,进而运用列车与桥梁动力分析模型及数值模拟方法来验证共振条件。结合重载铁路实例分析,以研究车辆共振对车桥系统影响规律。由研究结果得到以下几点结论:车辆出现共振现象是由车轮下规则的等跨梁重复性振频与车辆频率(车体点头或沉浮频率)一致而引起,就当前运营的重载列车而言,主共振车速常在正常运营速度之上,而次共振车速会落在列车运行速度范围之内;在车辆发生沉浮和点头主共振和次共振条件下,车辆动力响应和轮轨力将会被明显地放大;尽管车辆共振对桥梁动力响应的影响要比桥梁共振对车辆响应的影响要小,但对于短跨度桥梁而言,车辆共振也会显著加剧桥梁振动响应;当各节车辆均同时达到共振速度时,则会出现整列车出现全体性共振现象,是值得注意之处。     

TMD对高速列车通过简支箱梁桥时的振动控制研究

提出了一种可考虑TMD影响的列车桥梁空间振动时域分析方法,桥梁采用常规有限单元模拟,高速列车TMD采用南弹簧阻尼器相连的多刚体模拟,直接建立车-桥TMD时变系统运动方程,采用数值积分方法求解系统空间动力响应.以无碴轨道预应力混凝土40 m双线简支箱梁为例,首先对日本S.K.S.列车通过桥梁时引起共振的临界车速进行了分析,为控制箱梁共振车速下的较大振动响应,研究TMD不同参数对箱梁振动控制效果,大量计算了列车通过加装不同参数TMD箱梁时的动力响应.计算结果表明采用TMD可有效抑制高速铁路简支箱梁的共振,并得出了一种确定共振车速和TMD优选参数的简便方法,可供工程应用参考.     

大长细比钝体构件涡激共振与驰振的耦合研究

当细长结构的驰振临界风速位于涡激共振风速锁定区间内或者接近时,存在涡激共振与驰振两种不同类型风振现象耦合的可能。该文对这两种振动耦合进行了理论推导并建立了相关的耦合振动预测模型;根据3个大长细比钝体构件的工程实例,通过数值模拟和风洞试验等手段获得的相关风振参数分别估算了两类振动的临界风速与锁定区间。由风洞试验测得的构件实际振动曲线与预测模型吻合良好,从而证实了一定条件下构件涡激共振和驰振存在耦合的可能,定性地说明了在两种不同振动机理下产生的气动负阻尼会相互叠加并共同抵消结构机械阻尼,使涡激共振幅值增大,驰振临界风速提前。     

移动荷载作用下桥梁的系统仿真

应用达朗贝尔原理，采用欧拉一贝努利梁假设，建立简支梁在移动荷载作用下的车桥耦合振动力学模型。然后从系统仿真的角度出发，建立了车桥耦合振动作用下简支梁动态响应的仿真模型，进而实现了移动荷载作用下桥梁的系统仿真。将仿真实验结果与数值求解所得结果相比较，在保证计算精度同时，更具有快速、简单和灵活的显特点。     

移动荷载作用下的桥梁振动及其TMD控制

为了全面地了解移动荷载作用下桥梁的振动机理及其调质阻尼器(TMD)控制,将列车简化成移动简谐力模型,对列车过桥时桥梁的振动形态幅频特性作了详细的探讨。然后论述了移动荷载作用下的TMD控制。给出了桥梁在不同速度下的幅频特性曲线以及TMD控制的质量比影响曲线,揭示了移动荷载作用下的桥梁振动及其控制的特点,同时为进一步的桥梁振动控制提供详尽的参考数据。     

移动荷载激励下基于平均曲率模态的简支梁局部损伤识别

该文采用缺口平滑拟合技术,利用移动荷载激励下结构的响应数据,通过分析梁式结构的平均曲率模态,对结构进行局部损伤定位。该方法不需要损伤前的桥梁激振数据,受信号噪音影响较小,并且可用于多移动荷载同时激励的情况,实践性和可操作性大大提高。首先分析在质量-弹簧-阻尼体系的移动荷载激励下简支梁的动力响应,通过Newmark-β时域积分算法分析沿时间平均处理后的简支梁振动位移模态,验证了基频模态在移动荷载激励下简支梁位移响应中的支配作用,在理论上解释了平均信号处理的意义。其后,利用ANSYS生死单元技术进行质量-弹簧-阻尼体系的移动荷载仿真,构造出三角函数拟合曲线的形式用于损伤识别。数值实验取得了良好的识别效果,表明该方法在多点损伤、多移动荷载、噪音影响等情况下均具有良好的灵敏性。该文为正常通车条件下桥梁的损伤识别研究提供了一种新思路。     

承受移动均布质量的简支梁振动反应分析

考虑磁浮交通等工程背景下，研究了大于简支梁跨度的质量在简支梁上移动时，简支梁的竖向振动情况，建立了简支梁向振动分析的移动均布荷载模型，通过使用荷载移动状态函数得到了简化形式的简支梁振动方程组，并用振型叠加和Wilson—θ法求出了简支梁的振动反应。文中比较和研究了移动荷载作用下简支梁跨中位移和加速度与梁的跨度、荷载移动速度以及移动质量与桥梁质量比之间的关系。结果表明梁的自振频率，荷载的行驶频率和荷载与梁质量比对梁的振动都起着重要的作用。     

桥上列车移动荷载参数自动识别系统试验

提出了一种用于列车移动荷载参数自动识别的系统,并制作了等截面简支钢梁和试验列车模型进行试验研究。利用基于图像处理技术的桥梁动态位移采集系统,获取模型桥梁测点位置的动态位移响应,同时利用自行设计的列车模型参数采集系统获取列车模型的移动速度、轮轴个数和轴间距,最后采用桥梁列车多轴移动荷载识别系统识别出列车轴重荷载值。通过对不同移动速度、不同测点个数下列车参数识别效果的分析,验证了本文所述列车移动荷载参数自动识别系统的可行性和准确性,为今后荷载识别系统的实际应用做好准备。     

长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响,选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁:一跨25 m简支梁和(25+35+25)m连续梁为研究对象,开展现场动载试验,测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比,随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明:两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合;在磁浮列车作用下,简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20 Hz以内,横向加速度峰值分布在20～80 Hz,其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时,车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致,通过简支梁时的振动幅值更大;悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体,空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。