考虑桥梁几何非线性的风-车-桥耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风及列车荷载作用下大跨度桥梁的振动分析模型。以某大跨度三拱连续钢桁梁桥为例,分析了脉动风及静风荷载的不同作用效应,风速、车速变化以及结构几何非线性对桥梁振动响应的影响。结果表明：在进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用;几何非线性因素会影响桥梁振动的极值,但不影响其变化趋势;风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响。     

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。     

风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析

建立了风-列车-桥梁体系动力分析模型,根据实测空气动力参数和颤振导数模拟产生抖振力和自激力时域随机风荷载作为输入激励,以一座大跨度悬索桥方案为例,分析了风作用下桥梁和车辆的动力响应。结果表明:悬索桥的横向、扭转位移由风力控制,竖向位移主要由列车重力加载引起。风对桥上列车的运行安全有很大影响:在平均风速为30~40m/s的脉动风作用下,车辆的轮重减载率、脱轨系数和倾覆系数超标,必须给予足够的重视。     

倾斜吊杆悬索桥的非线性分析

倾斜吊杆悬索桥的结构分析包含“变作用形式”和大位移两个几何非线性问题，过去习用性线性刚度迭代，位移增量叠加的方法，并忽略前一个非线性影响或者将二者分迭代计算，这样误差偏大。本文给出逐步加载，非线性刚度迭代，同时淘汰受压柔性杆件的“并行迭代法”提高了精度，进行了实例计算比较。     

爆破地震对公路悬索桥的振动影响

本文根据山西禹门口工程爆破地震的现场实测资料,分析了悬索桥的爆破振动特性,为爆破设计施工提供了安全可靠的依据。     

列车-桥梁-汽车耦合振动仿真分析

用多刚体系统模拟列车、汽车车辆,用空间梁单元、杆单元模拟桥梁。采用密贴假定及蠕滑理论处理轮轨接触关系,设汽车轮胎与公路桥面为点接触且不分离建立列车-桥梁-汽车耦合振动分析模型,编制仿真分析软件。以某公路、铁路两用桥为例进行列车-桥梁-汽车耦合振动分析。结果表明,列车与汽车同时上桥且随汽车数量增多,列车机车及车辆的竖向加速度、脱轨系数、轮重减载率最大值明显增大,汽车对列车运行安全性具有不利影响。     

稳定型悬索桥空间非线性三阶段综合优化方法

针对稳定型悬索桥设计中的难点问题,建立其空间参数化有限元模型,提出先零阶再一阶的综合优化方法,考虑稳定型悬索桥的形成过程和几何非线性效应,分三个阶段对稳定型悬索桥进行逐步深入的优化。在优化的过程中,以跨中挠度为目标函数,以各种几何和应力边界为约束,以稳定型悬索桥设计中的关键因素,诸如缆索的初始张拉应变、吊杆的长度和桥塔的高度等为设计变量。另一方面,对零阶方法、一阶方法和综合优化方法的优化效果进行了比较研究。通过对稳定型悬索桥的全面优化,从而使稳定型悬索桥的受力和变形达到均匀而合理的状态。     

大跨度柔性斜拉-悬索体系风-车-线路耦合振动研究

针对斜拉-悬索体系跨度大、刚度小以及对风和车辆作用较为敏感的特点,以一待建空中客车系统为工程背景,在分析风、车、线路三者相互作用的基础上,建立了风-车-线路非线性空间耦合分析模型。对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,通过风荷载和车辆荷载的自动加载,实现车辆运行全过程的仿真模拟,从而得到车辆和斜拉-悬索体系的动力响应。实例分析结果表明,斜拉-悬索体系中斜拉索的位置和刚度对车辆的竖向加速度响应有显著的影响。研究结论为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供了依据。     

索-梁耦合系统非线性振动分析

研究了在惯性参考系中弹性斜拉索与悬臂梁耦合结构的非线性振动问题,利用Hamilton原理建立了索-梁耦合系统的非线性动力学方程,利用Galerkin方法将索-梁耦合系统的非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程,然后利用多尺度法分析研究索-梁耦合动力学系统的非线性振动,用Runge-Kutta法对数学模型进行数值计算,同时探讨了各种参数对索-梁耦合系统非线性振动的影响,并提出对工程有实际意义的结论.     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动.鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规...     

沪苏通大桥风-车-桥耦合系统非线性动力响应研究

几何非线性是大跨度桥梁结构的主要非线性影响因素之一,对桥梁结构及桥上列车行车安全性的影响不容忽视。该文以世界首座跨度超1 km的公铁两用斜拉桥——沪苏通长江大桥为工程背景,基于桥址区复杂风场实测,采用谱表示法提取实际风场特征,模拟全桥三维风速场,建立了考虑复杂非线性空间特性的风荷载模型,考虑垂度效应、梁柱效应和大位移效应等几何非线性因素,建立了桥梁非线性计算子模型,采用全过程迭代法计算考虑非线性因素的风-车-桥耦合振动响应,并给出行车安全性分析。结果表明:考虑非线性因素工况下,桥梁与车辆的动力响应均有一定程度的增大,且车辆动力响应的低频成分显著增加;大位移效应对结构响应影响较大,梁柱效应影响较小;忽略非线性因素影响,可能导致响应分析偏小,评估偏不安全;当车速为200 km/h,瞬时风速超过35 m/s,或当瞬时风速为30 m/s,车速超过210 km/h时,车辆轮重减载率指标超出安全阈值,行车安全性受到威胁。沪苏通大桥的非线性风-车-桥耦合振动分析具有重要的科学研究意义,并对保障桥梁结构和列车运行安全具有重要的工程指导作用。     

汽车悬架系统的分段线性非线性振动机理的研究

以悬架的分段线性非线性动力系统出发,建立了汽车两个自由度系统的模型和非线性运动微分方程。用非线性理论KB法得到的幅频响应函数中,呈现了非常丰富的非线性特征,并讨论了非线性弹簧刚度、阻尼系数、地面不平度和缓冲簧间隙对共振曲线的影响。由理论和数值计算画出的幅频特性曲线基本吻合,可为汽车悬架系统的分段线性非线性振动的参数识别、稳定区域的分析研究和优化设计提供理论依据。     

悬索桥纵向和竖向耦合自振研究

悬索桥的振动性状中呈现纵飘振动与竖向反对称低阶振动相互耦合的特点。基于挠度理论和能量原理,研究了耦合自振的频率计算方法。首先把加劲梁的单纯纵飘看作单摆振动,得出其等代摆长和振动频率。再结合主缆的竖向反对称低阶振型下的纵向位移特点,建立考虑主缆纵向位移影响的加劲梁纵飘振动的简化计算模型,获得其势能增量的简单表达式。由哈密顿原理,推演了耦合振动频率的计算方法。通过5 座桥梁实例验证,利用该文公式获得的耦合频率和振型形状判定与有限元计算结果吻合良好,表明该文提出的计算方法实用可靠。     

含干摩擦振动系统的非线性动力学分析

对含干摩擦振动系统的非线性动力学行为进行了研究。为了精确地捕捉粘滑状态的分界点,给出了判定系统滑动状态与粘着状态分界点的理论方法,分析了由干摩擦引起的粘滑振动,结合Lyapunov指数分析了系统的稳定性。进而利用数值方法对一两自由度干摩擦振动系统的动力学响应进行了分析,得到系统经周期运动失稳通向混沌的道路。     

悬索桥主缆系统数值解析法计算的一种收敛算法

从理论上证明了索段状态方程存在无解的情形,提出了在设计基准温度下成桥状态主缆系统数值解析法求解的迭代计算中存在收敛路径寻找的问题。针对已有数值解析法可能得不到解的缺陷,引入搜索算法和惩罚因子,对其进行改进,给出了惩罚因子的合理取值公式和改进后数值解析法的迭代步骤,确保了各种荷载情况的设计基准温度成桥状态主缆系统计算的快速高精度收敛。给出了数值解析法改进前不能收敛而按该方法改进后能收敛的算例。     

悬索桥自振特性非线性分析

本文在国内首次应用国际著名的 ADINA 程序进行悬索桥结构自振特性非线性分析,获得成功。文中以国内知名的福建省南平市九峰山悬索桥为例,求得其顺桥向纵平面上的固有频率及其相应的振型。计算结果表明,按过去习用的线性模型所得的固有频率值普遍偏低,存在着较大的误差。本文的计算结果也表明 ADINA 程序完全可以用于悬索桥结构动响应的计算。