基于车桥耦合振动的桥梁检测方法研究

利用车桥耦合振动原理结合车桥相关参数,提出一种简捷实用的桥梁刚度健康状态快速检测方法.利用ANSYS软件及其APDL语言,编制出单一环境下的车桥耦合振动响应分析模块,并与参考文献对比验证该模块的正确性.利用该模块的批处理功能,研究了车辆以3种速度匀速行驶通过跨中刚度减弱的简支梁桥时由于车桥耦合振动引起的车辆竖向加速度峰值的二维变化曲面图.结果表明,在70km/h车速下,该曲面较平滑,对刚度降低参数变化较敏感,可通过在测试车辆上预装加速度传感器并采集车辆过桥时的竖向加速度峰值,反推桥梁刚度状态,从而快速评估桥梁的大致健康状况.     

桥面局部凹陷时的连续梁车桥耦合振动分析

为研究连续梁桥桥面局部出现凹陷时,车辆与桥梁相互作用对桥梁安全性和车辆舒适性带来的影响,利用ANSYS软件及其APDL语言,编制出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动分析模块,通过与车辆匀速行驶、考虑路面不平整等工况的车桥耦合振动参考文献对比验证该模块的正确性,并利用该模块的批处理功能,研究当凹陷位置、车辆行驶速度同时变化时,车辆通过3跨连续梁桥时的车桥耦合振动特性,给出桥梁控制截面的挠度冲击系数、弯矩冲击系数等参数的3维变化曲面图,分析了桥面局部凹陷对车辆过桥时的耦合振动影响。研究表明,凹陷的存在特别是存在于跨中时,会明显加剧车桥耦合振动,尤其加剧车辆在低速行驶时的冲击系数,应当引起有关部门注意。     

含裂纹简支梁的非线性振动研究

研究含裂纹的简支梁在移动质量车辆模型作用下的非线性动力响应。根据哈密尔顿能量原理,考虑梁的几何非线性和裂纹处的释放能影响,推导出在移动质量车辆模型和含裂纹的简支梁相互耦合作用下车桥系统的非线性运动方程,利用数值方法求解方程。探讨了裂纹对简支梁桥非线性动力响应的影响,分析裂纹长度和位置变化,车速及车重等对裂纹损伤桥梁的非线性振动特性的影响。     

大跨异形钢管混凝土拱桥车载冲击效应分析

大跨度异形钢管混凝土拱桥的复杂造型使其结构动力特性极为特殊,车辆激励引起的桥梁振动十分复杂.为研究该类桥梁车辆冲击效应的特点和规律,以在建的长春市伊通河大桥为对象,应用自编的车桥耦合振动分析程序,对该桥进行了车桥耦合振动响应分析.从理论上分析了路面粗糙度、车速、结构阻尼对桥梁主梁、拱肋挠度和吊杆索力冲击效应的影响.结果表明:路面不平度对多拱肋异型拱桥振动响应的影响十分显著,维持路面平整可有效降低冲击系数;行车速度对冲击效应的影响与发生的卓越振动振型密切相关,并不一直随车速成正比增大;结构阻尼值在规范给定范围内变动时,对冲击系数影响不明显,设计中可偏安全地取阻尼比为0.5%.研究给出了该桥各主要构件的设计冲击系数取值的参考范围.     

万州长江大桥车桥耦合振动的研究

结合万州长江大桥铁路桥梁的特点．分别建立了车辆的三维离散自由度模型和桥梁的模态模型．通过轮轨作用关系建立了车桥耦合振动的动力模型．并对万州长江大桥的车桥耦合振动进行了研究．分析表明：主梁较柔的大跨度钢桁架桥梁，车辆高速行驶对其动力响应特别是横向动力响应影响显著．     

双曲拱桥的车桥耦合振动试验研究

行驶汽车的轴重和速度超出设计范围给双曲拱桥的动力性能造成了很大的影响,然而这方面的研究却很少.结合1座旧双曲拱桥,进行了实地车桥耦合振动试验,得出了车速与动力系数、冲击系数之间的关系,以及车辆荷载作用下桥梁振动的规律;同时对旧桥进行了参数分析,并据此进行了裸拱状态的理论耦合振动分析,得出了一些结论,可为以后双曲拱桥的评估及加固设计提供参考.     

考虑轴向力作用下车-桥耦合系统的动力学建模与分析

应用达朗贝尔原理和振型分解法,建立了在桥梁轴向力作用下车-桥系统的动力学方程,利用Newmark-β方法,对车桥耦合问题进行数值求解,比较分析了桥梁轴向力、车速等对系统动力学响应的影响。研究表明:桥梁的轴向预拉力可有效地抑制桥梁的横向振动、减小车辆动力响应幅值以及车桥     

LRB隔震桥梁遭受超高车辆撞击时的响应分析

采用线性弹簧碰撞单元,用ANSYS有限元软件建立了超高车辆一桥梁的碰撞模型,对LRB隔震桥梁受到超高车辆正向撞击时的整体响应进行了非线性时程分析.结果表明,车桥碰撞时能产生较大撞击力;铅芯橡胶支座在超高车辆撞击桥梁时能消耗撞击能量,可有效地减小碰撞力向桥墩传播,起到"隔震"作用;影响撞击响应的主要因素是碰撞刚度、超高车辆的质量和速度.最后,为了便于工程设计提出了超高车辆-桥梁碰撞力的计算公式.     

湍流强度对桥梁断面气动力特性的影响

桥梁结构处于大气边界层中,由于断面外形复杂、折点较多,其绕流常呈现复杂的流动分离和再附着状态,应评估来流湍流对桥梁断面气动特性的影响。基于节段模型测压风洞试验,获取了均匀流场和3种格栅湍流场下模型表面平均和脉动压力分布,评估了桥梁断面气动力特性的改变,分析了不同风场下断面流动分离再附着的变化。研究发现:湍流显著改变桥梁断面前缘（特别是零度和正攻角时上表面和负攻角时下表面）的分离和再附着特性,进而影响桥梁整体断面的气动力特性;随着湍流强度增加,前缘分离点的平均压力系数的幅值增大,而再附着点向上游移动;湍流强度对分离和再附着的影响程度随着风攻角的增大而变得显著;三分力系数在小风攻角时受湍流强度影响较小,在大风攻角下湍流强度的影响较大,变化的主要原因是断面前缘的压力分布变化。     

桥面不平度的简支梁桥车桥耦合振动分析

桥面不平度通常被认为是影响车桥系统耦合振动的主要因素之一。根据给定的桥面不平度功率谱密度变换得到桥面不平度是一个有效、快速的途径。分别采用三角级数法和Fourier逆变换法得到各级路面的不平度及其对应的功率谱密度函数。通过比较可知:Fourier逆变换法精度较目前被广泛应用的三角级数法高。推导了四自由度车辆和桥梁的振动平衡方程,并编制了车桥耦合振动分析程序,结合Fourier逆变换法得到的桥面不平度,分析了某简支梁在考虑桥面不平度下的动力响应。研究结果表明,桥面不平度对桥梁和车辆的动力响应影响很大,车速决定着车辆对桥梁作用力和车辆受到的桥梁对其反作用力的频率,从而影响到桥梁振动。     

Wind tunnel test on aerodynamic effect of wind barriers on train-bridge system

To investigate the aerodynamic effect of wind barriers on a high-speed train-bridge system,a sectional model test was conducted in a closed-circuit-type wind tunnel.Several different cases,including with and without barriers,with different barrier heights and porosity rates,and with different train arrangements on the bridge were taken into consideration;in addition,the aerodynamic coefficients of the train-bridge system were measured.It is found that the side force and rolling moment coefficients of the vehicle are efficiently reduced by a single-side wind barrier,but for the bridge deck these values are increased.The height and porosity rate of the barrier are two important factors that influence the windbreak effect.Train arrangement on the bridge will considerably influence the aerodynamic properties of the train-bridge system.The side force and rolling moment coefficients of the vehicle at the windward side are larger than at the leeward side.     

Aerodynamic coefficient of vehicle-bridge system by wind tunnel test

The changes of three components of aerodynamic force were discussed with the attack angle conversion for three kinds of section models. Based on the project of Shanghai Yangtze River Bridge, the wind tunnel test was conducted to obtain its three components of aerodynamic force including 75 conditions of the construction stage, the bridge without vehicles and the bridge with vehicles from - 12 degrees to ＋ 12 degrees. For the bridge with vehicles, the drag force coefficient and the absolute value of both lift coefficient and moment coefficient were decreased by the vehicles. The test resuh shows that the bridge railing and vehicles have much influence on the three components of aerodynamic force of the vehicle-bridge system for Shanghai Yangtze River Bridge.     

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学（CFD）相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在?10°~10°风攻角下的三分力系数进行研究. 利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响. 结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.     

Effects of fundamental factors on coupled vibration of wind-rail vehicle-bridge system for long-span cable-stayed bridge

In a wind-vehicle-bridge(WVB) system,there are various interactions among wind,vehicle and bridge.The mechanism for coupling vibration of wind-vehicle-bridge systems is explored to demonstrate the effects of fundamental factors,such as mean wind,fluctuating wind,buffeting,rail irregularities,light rail vehicle vibration and bridge stiffness.A long cable-stayed bridge which carries light rail traffic is regarded as a numerical example.Firstly,a finite element model is built for the long cable-stayed bridge.The deck can generally be idealized as three-dimensional spine beam while cables are modeled as truss elements.Vehicles are modeled as mass-spring-damper systems.Rail irregularities and wind fluctuation are simulated in time domain by spectrum representation method.Then,aerodynamic loads on vehicle and bridge deck are measured by section model wind tunnel tests.Eight vertical and torsional flutter derivatives of bridge deck are identified by weighting ensemble least-square method.Finally,dynamic responses of the WVB system are analyzed in a series of cases.The results show that the accelerations of the vehicle are excited by the fluctuating wind and the track irregularity to a great extent.The transverse forces of wheel axles mainly depend on the track irregularity.The displacements of the bridge are predominantly determined by the mean wind and restricted by its stiffness.And the accelerations of the bridge are enlarged after adding the fluctuating wind.     

考虑车桥耦合非线性振动的冲击效应

应用哈密尔顿能量原理和欧拉—贝努利梁假设,考虑梁的几何非线性影响,推导出简支梁在四分之一车辆模型下的车桥耦合非线性振动方程.采用伽辽金法和龙格—库塔法求解方程,研究了计入几何非线性因素后车速、桥梁参数对简支梁桥冲击系数的影响,其结果为改进我国公路桥涵设计规范中冲击系数的计算提供了参考.     

深切峡谷底斜拉桥颤振稳定性能研究

以峡谷底斜拉桥——迫龙沟大桥为工程背景,结合地形试验结果和大桥具体位置确定了桥位处的设计风参数;分别检验了小风攻角和大风攻角下颤振稳定性能,阐明了颤振临界风速随风攻角改变的变化规律;分析了颤振导数和系统阻尼的变化特征,获得了不同结构状态下主梁断面颤振驱动机理。结果表明:峡谷底桥梁的设计基准高度可参照跨中位置确定,颤振检验风速可按不同风攻角区间分别确定;颤振临界风速和颤振检验风速随风攻角的增大均呈降低趋势,但由于下降速率不同有可能出现小风攻角下颤振不失稳而大风攻角下颤振失稳的现象;不同风攻角状态下或施加气动措施前后,颤振导数和系统阻尼与折减风速的变化特征相似,表明颤振驱动机理和颤振形态均保持不变。     

基于风洞试验和CFD技术的桥梁抖振荷载研究

结合风洞试验与CFD(Computational Fluid Dynamics)技术提出了一种新方法。该法首先利用CFD确定桥梁表面压力分布及节段模型弹性中心的三分力系数,然后根据风洞试验结果采用最小二乘法确定桥梁节点力荷载。该方法克服了CFD模拟得到的三分力系数通常与风洞试验结果不符的缺点,给出了确定桥梁节点力荷载的有效途径。     

Numerical study on the restriction speed of train passing curved rail in cross wind

The results of numerical investigations of aerodynamic forces and moment coefficients of flow passing a simplified train geometry under different wind speeds are summarized. To compute numerically the different coefficients, the three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, combined with the k-ε turbulence model, were solved using finite volume technique. The pres-sure-velocity fields were coupled using the SIMPLE algorithm. At each iteration the pressure correction was obtained by sol...