月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究

针对造型美观但结构形式特殊的月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥,应用考虑拉索侧向振动的车桥耦合振动分析方法,讨论了路面粗糙度、行车速度、结构阻尼取值对车辆轮压荷载、拱肋和主梁的挠度及拉索张力冲击系数的影响。结果表明:路面粗糙度对桥梁振动响应的影响显著,提高路面平整度可以降低桥梁冲击系数;行车对桥梁冲击系数的影响与结构振动卓越频率有关,提高车速并不意味振动冲击系数会增大;在相同的行车条件下,不同构件、不同截面的冲击系数有很大离散性,拱肋跨中截面的挠度冲击系数明显高于1/4跨中截面,主梁跨中截面的挠度冲击系数与1/4跨中截面的相差不大,端部的短吊杆张力冲击系数大于跨中的长吊杆;结构阻尼在经验范围内变动时,对冲击系数的影响不明显。     

速度与载重对车-路系统影响的试验研究

针对车辆荷载与速度在路面结构破坏中的重要性,通过试验研究了不同载荷(空载、满载、超载)和行驶速度(60 km/h、80 km/h、100 km/h)对车-路系统的影响.试验结果表明, 车辆行驶过程中,各车轮的垂直振动加速度随着行车速度的增大而呈上升趋势;在速度一定的情况下,车辆空载与超载产生的动载效应明显要大于满载;车速为60 km/h和100 km/h时,车辆后轮空载的法向荷载大于满载的法向荷载;超载行车下,车轮的法向荷载相较静载均增加;车辆空载条件下,路面动位移随着车辆速度的提高先增大后又略下降,但在满载和超载的条件下,路面动位移却随着车速的提高而增大;在车辆低速行驶时,空载时的路面动位移大于满载和超载,而在车辆高速行驶时,路面动位移是随着载重的增加而增加的.     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

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     

考虑路面不平顺随机性的汽车过桥动力响应分析

为分析考虑随机路面不平顺情况下的车辆过桥动力响应,建立了随机汽车-桥梁耦合振动模型,路面不平顺采用路面谱进行模拟转换,引入概率密度演化方法对系统的随机响应进行计算,通过2个算例进行了验证:与经典算例进行对比验证模型的可靠性;与蒙特卡洛法对比验证了概率密度演化方法计算随机车-桥系统动力响应的精度及效率。2个算例证明了该随机振动系统模型计算结果可靠,同时概率密度演化方法能够在保证精度的前提下有效提高计算效率。对不同道路不平度、不同车速情况下的车辆、桥梁随机响应进行分析,结果表明:车速对桥梁响应均值的影响不敏感,对车辆响应均值影响较大;桥梁与车辆响应标准差均随车速增大而增大。不同道路等级工况下,桥梁位移与车辆加速度概率最大值总体上都随车速增大而增大;在不同速度工况下,桥梁位移与车辆加速度概率最大值随着道路等级变差而明显增大。     

大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响因素研究

为研究列车编组等因素对大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响,针对大跨度铁路斜拉桥车致振动的特点,采用车桥耦合振动的方法,探讨了不同列车运营条件对桥梁局部构件的冲击效应的影响。通过自主研发车桥分析软件BANSYS,分析了大跨度铁路斜拉桥的动力响应,讨论了列车编组、轨道不平顺、行车方向和列车类型等因素对斜拉桥各部件冲击系数的影响。研究表明:进行车桥动力计算和现场动力试验时,应尽量采用与实际列车相同或相似的列车编组;列车行车方向不同时,构件同一位置处冲击系数相差较大。     

车桥耦合数值模拟桥梁冲击系数随机变量的概率分布

把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统,基于ANSYS软件建立了车辆和桥梁的有限元模型。使用三角级数叠加以及离散傅里叶逆变换模拟了桥面不平度,采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟,引入一种新的冲击系数计算方法,采用数理统计的方法得到桥梁冲击系数的概率分布及置信度为0.05的冲击系数。结果表明:桥面不平度对冲击效应的影响明显;使用三角级数叠加法计算路面不平度得到的冲击系数样本概率分布上服从正态分布,而离散傅里叶逆变换法获得的冲击系数样本服从极值Ⅰ型分布;离散傅里叶逆变换获得的冲击系数小于三角级数叠加法得到的,两者计算得到的冲击系数均大于规范计算数值。     

变速车辆作用下拱桥吊杆的动态内力分析

中下承式拱桥的吊杆是重要的承重构件,同时也是最易发生破坏的构件。车辆荷载与桥梁结构的动力耦合作用,使吊杆在交变应力作用下发生疲劳损伤是吊杆破坏的重要原因。基于大型钢管混凝土拱桥结构,考虑路面不平度影响,采用三维多自由度车辆模型,进行变速车辆的车桥耦合模拟。重点针对变速车辆荷载对吊杆产生的轴向和弯曲作用进行了分析,讨论了吊杆截面不均匀分布的交变应力情况。结果表明,车辆的加速度将显著增大车辆对桥梁的冲击作用;短吊杆截面弯矩受车辆速度、加速度和路面不平度影响明显,通常横向弯矩大于纵向弯矩;车辆荷载导致的吊杆截面内动态应力分布具有显著的不均匀性,最大应力是最小应力的2倍,弯曲应力占比近30%。这些因素在这类桥梁的设计、维护、监测与评价中应予重视。     

水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道响应分析

为了研究水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道(SFT)结构的动力响应，运用三阶Stokes波浪方程和Morison方程计算波浪力，基于D’Alembert原理建立运动微分方程，通过Galerkin法和Runge-Kutta法对其进行求解，并对所建立的荷载模型和联合模型进行验证，最后对不同荷载形式、波浪参数、爆炸参数等影响因素进行对比分析。结果表明：水下爆炸-波浪联合作用对悬浮隧道系统的动力响应影响显著，基于数值计算结果，随着波高和惯性力系数C_M的增大，管体跨中最大位移呈增长趋势，随着周期、埋置深度和拖拽力系数C_D增大，管体跨中最大位移呈衰减趋势。其次，比例距离与管体跨中最大位移呈幂指数关系变化，比例距离越大结构跨中位移越小。再者，爆炸冲击波压力峰值P_m还受到Cole公式中相似系数K₀、α影响，通过对相似系数K₀、α研究发现：相似系数K₀对系统位移响应影响较小，α对系统位移响应影响显著，随着α增大，系统响应趋于稳定。     

局部穿透腐蚀高强钢管混凝土柱抗冲击性能研究EI北大核心CSCD

钢管混凝土(concrete-filled square steel, CFST)出现局部腐蚀时,其抗冲击性能会受到明显影响。为此,利用ABAQUS软件建立了方形高强钢管混凝土柱(high-strength concrete-filled square steel, HSCFST)数值模型,考虑开缝角度、开缝长度、冲击面和冲击能等参数对HSCFST柱抗冲击性能的影响。结果表明:局部穿透腐蚀影响下,水平开缝的正面冲击构件的裂缝会出现闭合现象,而侧面冲击构件破坏时裂缝呈现“三角形”形态;冲击力平台值主要受冲击面的影响,其次是开缝角度,而开缝长度主要对承受背面冲击的构件影响较大;开缝角度的增大和开缝长度的减小与冲击力平台值的提高成正比,承受正面冲击的构件其抗冲击性能优于承受侧面和背面冲击的构件。减小开缝角度会增大构件的跨中挠度,受正面冲击的构件的跨中挠度要小于受背面和侧面冲击的构件;构件的能量吸收率与开缝长度的增加成正比,与开缝角度的增大成反比,受背面冲击的构件的能量吸收率最高,正面冲击则最小。基于大量参数分析结果,提出了局部穿透腐蚀作用下HSCFST柱的动力抗弯承载力影响系数的实用计算方法。     

中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。     

Current approaches to quantify the longitudinal road roughness

Paper summarised the proposals of fourteen new alternative indexes intended for road roughness evaluation of longitudinal road profile, which have been introduced in the last decade approximately. The main advantages of proposed indexes are: (1) effort to reflect the most of ride quality aspects such as ride comfort, ride safety and dynamic load of road or cargo; (2) using the in situ measurements of vibration response or subjective perception of vibration; (3) effort to reflect the vehicle responses such as roll and pitch vibration, or longitudinal and lateral vibration; (4) effort to detect the critical parts of road in a spatial domain; and (5) effort to reflect a vehicle velocity. The main limitations of proposed indexes are: (1) many proposals are only alternative to the international roughness index (IRI) or are based on the IRI procedure; (2) a simple one-dimensional vehicle model is often used with the constant parameters and velocity; and (3) orientation to one vibration response category as ride comfort.     

White noise excitation of road vehicle structures

Heave and pitch motions of road vehicle structures affect the comfort and the safety of passengers. Excitation of these vertical vibrations is due to road surface roughness. Road vehicle structures are modelled as mechanical systems characterized by their inertia, damping and stiffness, and represented as state equations. This paper deals with the influence of random road profiles on the vertical dynamics of road vehicles characterized by stochastic processes. Switching from road profile displacement to road profile velocity results in white noise excitation facilitating mathematical analysis. Some fundamentals of power spectral density analysis and covariance analysis are reviewed. A quarter car model is used to show the advantages of the covariance analysis resulting immediately in standard variations characterizing the vehicle’s performance. A list of symbols is given at the end of the paper This paper is dedicated to Prof R N Iyengar of the Indian Institute of Science on the occasion of his formal retirement.     

冲击载荷下永磁式电涡流减振器设计及动态特性分析

为研究轮式车辆的电涡流减振器在行进间冲击载荷下的动态特性,结合电涡流理论设计了一种永磁式电涡流减振器,并基于等效磁路模型和麦克斯韦方程分析了其导体筒表面空气间隙处磁感应强度与阻尼力之间的关系;同时,利用有限元法对永磁式电涡流减振器的静、动态磁场分布进行了研究,并分析了不同结构参数对其阻尼特性的影响及不同运动速度下的示功特性曲线。通过建立1/4车辆悬架动力学模型和基于高斯滤波白噪声的随机路面激励模型,对车辆行进间冲击载荷下永磁式电涡流减振器的动态特性进行了分析。结果表明：永磁式电涡流减振器的磁场在动态条件下会发生退磁以及磁感线趋速聚集现象,各结构参数对其阻尼特性的影响较大;永磁式电涡流减振器的响应速度快,压缩、复原阻尼力恒定且平稳,可以高效、快速地消除轮式车辆越野时受到的路面激励和车载武器射击时的冲击载荷,能够有效抑制车体振动。研究结果对提高轮式车辆的越野机动性以及车载武器的射击精度具有重要意义。     

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.     

振动特性参数对单自由度系统振动响应的影响

目的 为研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离不同振动特性参数对单自由度线性系统振动响应幅值的影响。方法 首先采用单因素实验,研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离对单自由度线性系统振动响应幅值的影响;在此基础上,通过采用Design Expert 11.0软件的响应面法实验（三因素三水平实验）研究不同振动特性参数交互作用对振动响应幅值的影响,建立振动响应幅值的二次多项式回归数学模型,并对减振幅值进行优化。结果 通过实验分析得到,各因素对振动响应幅值的影响强弱顺序,阻尼比>弹簧刚度>振动偏心距离;建立了检测点的响应方程,检测点的回归方程决定系数为0.981;得到多目标参数优化结果,弹簧刚度为2.009 N/mm,阻尼比为0.1,振动偏心距离为12.38 mm。结论 实验结果与预测值接近,说明此响应面法得到的数学回归模型具有一定的可靠性,该研究可为缓冲包装参数设计提供参考。     

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。