考虑跳车情况下的车-桥耦合振动研究

为研究跳车情况下的车-桥耦合振动,运用结构动力学理论,建立车辆过桥时考虑桥面不平度引起的跳车情况下的车-桥耦合振动计算模型。采用Newmark新型显式积分方法获得车-桥耦合振动响应的数值解。讨论车辆通过不平度较大的桥面而发生跳车现象时,在考虑跳车与不考虑跳车2种情况下车辆对桥梁的冲击作用。分析结果表明:跳车对桥梁的冲击作用显著。尤其当车辆质量较大或以较高速度过桥时,考虑跳车作用下的车-桥耦合振动比不考虑跳车更接近真实工况;车辆通过路面不平度较大的桥梁时,必须考虑跳车现象的发生。     

多车辆一大跨连续梁桥耦合振动响应分析

为研究公路桥梁在各种复杂车辆行驶工况下的车桥耦合振动响应,提出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动响应数值分析方法,该方法将桥梁与车辆模型均独立建立于ANSYS环境下,其耦合作用关系通过APDL编程语言计算并将其在任意时刻施加于车辆及桥梁结构,最终得到振动的时程响应.通过参考文献验证该方法正确,并对一座大跨连续梁桥在2～8辆车以各种常见车速行驶等工况下的车桥耦合振动响应进行了分析计算,总结了挠度、弯矩冲击系数的变化规律.     

车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风-车-桥耦合振动、地震-车-桥耦合振动、磁浮交通车辆-轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。     

基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应

为了精确分析车辆对简支梁桥的冲击效应,基于模态综合法,建立了三维空间车-桥耦合振动模型.基于车-桥耦合振动模型的动力时程响应分析结果,并利用动力放大系数的概念,得到了车辆参数以及桥面不平整度、行车速度和车辆作用位置对冲击效应的影响规律.研究结果可以为我国桥梁设计规范中简支梁桥冲击系数的计算方法的改进提供理论依据.     

大跨径连续梁多工况车桥耦合振动规律分析

为研究公路桥梁在各种复杂车辆行驶工况下的车桥耦合振动响应,提出基于ANSYS单一环境下的数值分析方法,通过APDL编程语言实现ANSYS环境下桥梁与车辆独立模型间的耦合关系并得到振动时程响应曲线。通过与相关参考文献对比验证该方法的正确性,并研究了一座大跨径连续梁桥在车辆同向行驶、反向行驶两种常见工况下全桥所有截面的车桥耦合的振动响应,总结挠度、弯矩冲击系数沿桥梁纵向的变化规律。结果表明,挠度(弯矩)冲击系数沿全桥各截面变化规律复杂,其数值与车速和对应截面均有密切关联,桥梁支点处易产生突变,跨内变化较光滑,中跨跨中附近出现拐点,挠度(弯矩)效应大小与冲击系数呈反比趋势,不能采用简单函数进行回归拟合。     

车辆荷载作用下简支板的振动分析

应用模态综合法,建立车-桥耦合动力平衡方程,研究在车辆荷载作用下简支板的振动。采用4节点板单元建立简支板模型,用单自由度质弹系统模拟车辆。利用数值方法分别以不同的动力响应（竖向位移、纵向应力和横向应力）计算车辆荷载动力放大系数。重点分析了车速、车道位置、宽跨比及系统频比对简支板振动性能的影响。当桥梁与车辆的频率比接近1时,车-桥系统将发生共振,但不会导致振幅的无限增大。特定条件下,车辆对结构的局部冲击效应大于总体冲击效应。     

车辆悬架非线性对不平整桥面桥梁耦合振动的影响

针对悬架车辆与桥梁的非线性耦合作用,提出一种新的四自由度非线性悬架半车模型的振动微分方程;采用基于威尔逊-θ法开发的微分方程求解程序求解车辆振动响应;利用有限元方法,得出了不同桥面不平度桥梁在不同车速作用下的挠度动态响应规律。数值分析表明:车辆悬架系统的特性对桥梁动荷载系数影响较大,在文中设定的非线性悬架参数车辆作用下,考虑车辆的非线性悬架系统使得简支梁的动荷载系数显著减小;连续梁的动荷载系数普遍大于相应车速下线性悬架车辆作用下的动荷载系数,尤其在桥面状况较差且货车通常运行的低速时较明显,非线性悬架系统车辆会加剧连续梁耦合振动。     

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.     

汽车超载行驶对简支梁桥振动响应的影响分析

针对汽车超载行驶对简支梁桥振动响应的影响,建立了梁桥与行驶的多轴汽车相互作用系统模型.选取了三种不同的汽车荷载进行了数值计算,模拟了不同车速时汽车超载对梁桥的振动响应,得出了梁桥跨中位移的时程曲线,并分析了汽车超载对冲击系数的影响.研究结果表明:汽车超载会加大简支桥梁的振动响应,对桥梁跨中动位移的影响呈线性比例增加趋势,但两者增大的比例不一致,重车超载所产生的效应增大比例较大;对冲击系数的影响与车型的不同和车速变化有关,超载的增加与冲击系数增大的比例不一致,且超载的增加不一定导致冲击系数的增大.     

地震作用对车辆-道路系统耦合振动的影响

车辆采用13自由度三维全车模型,路面采用Kelvin地基上Euler梁单位进行离散,通过路面与轮胎接触点的平衡,建立起可以考虑车辆侧向滑动的车路耦合振动模型．将路面初始不平顺视为系统的竖向自激激励源,地震作为外部激励,建立起竖向和横向地震荷载共同作用下车路耦合方程,采用New—mark积分法对耦合方程组进行求解．数值分析结果表明,分析模型下,车路耦合系统的动力响应取决于地震荷载,而地震荷栽作用会使车辆的行驶安全性和乘坐舒适性明显下降;横向地震荷载对车辆和路面的横向振动有显著影响,对车辆的竖向振动可忽略;竖向地震荷载对车辆和路面的竖向振动影响较大,对车体的横向振动有一定程度的影响,以至于在评判车辆运行安全性时必须考虑其影响．     

桥面不平度对大跨度斜拉桥车辆振动的影响分析

将随机桥面平整度描述为零均值的平稳高斯随机过程,建立了大跨度斜拉桥空间有限元模型,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,提出了一种斜拉桥车桥振动分析的简化方法.结合工程实例分析了桥面平整度对斜拉桥车辆振动的影响,为大跨度斜拉桥的科学管理和维护提供参考.     

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。     

考虑桥面板振动的桥梁结构低频噪声分析

桥梁结构在车辆的动力作用下,将产生振动并辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康有很大的危害。针对这一问题,提出了一种基于桥面板振动的桥梁低频噪声预测方法,主要包括考虑桥面板振动的车桥耦合振动、桥面板辐射声波以及空气波传播分析。以一座辐射低频噪声较强的钢桥为对象,分别采用基于桥面板振动和基于梁格振动的方法计算了结构振动与噪声,并与实测值进行了对比。结果表明,基于桥面板振动的预测更为准确。在此基础上,探讨了降低桥梁低频噪声的方法,结果表明,降低桥面粗糙度可以降低桥梁低频噪声,但当达到ISO极好路面标准后,进一步降低粗糙度产生的效果不明显;对端横梁用混凝土进行加强是一种简便有效的降低桥梁低频噪声的方法。     

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。     

大跨斜拉桥在移动荷载作用下的振动控制

多重调质阻尼器(MTMD)是由多个具有不同频率、不同质量或不同阻尼的调质阻尼器构成的动力吸振器群,被广泛应用于结构的被动控制中.采用频域分析方法考虑TMD在多自由度结构中的布置,推演了具有MTMD多自由度结构振动控制振型广义坐标的频率响应方程,以一座大跨斜拉桥为例,针对结构振动的控制振型,进行了MTMD参数分析,并研究了MTMD控制下斜拉桥在移动荷载作用下的竖向振动,计算结果表明,在随机不平顺桥面条件下,MTMD能够有效减小结构在移动荷载激励下的竖向动力响应.     

由于桥面随机不平整产生的桥梁动力反应

桥面的不平整性,对桥梁的动力反应起着重要的作用。本文假定桥面不平整性为平稳随机过程,并将车辆简化成四个自由度的弹性体系,分析了车辆行驶速度,桥面不平整等因素。对桥梁动力反应的影响。     

Dynamic Impact Factor Induced by Idling Vehicle-Bridge Coupling Vibration

怠速车-桥耦合振动下城市桥梁动力冲击系数

刘浪^1,2,王杰²,杨洪²

(1. 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆交通大学,重庆 400074;

2. 重庆交通大学,土木工程学院,重庆 400074)

摘要：

为计算拥堵状态下怠速车-桥耦合振动对城市桥梁的冲击作用,持续定点采集了大量拥堵车列图像,利用图像数字化处理技术,建立了3种车辆模型及6种典型城市桥梁拥堵车列模型。根据实桥参数建立了怠速状态下车-桥耦合振动有限元模型,计算了各种典型拥堵车列荷载工况下车-桥耦合振动产生的动力系数,并与规范冲击系数进行了对比。结果表明,6种拥堵工况产生的最大动力系数分别为规范值的1.15~2.67倍,说明拥堵状态怠速车-桥耦合振动产生的冲击系数较正常交通状况大。针对拥堵严重的桥梁的设计及评估,本文建议采用1.7的规范修正系数。文中提出的分析模型及方法可为本领域的进一步研究提供有益的参考。

关键词：动力冲击系数;车-桥耦合振动;交通拥堵模;规范设计值