考虑桥面随机不平顺的桥梁动态响应研究

基于随机振动理论研究了桥面不平顺影响下,车桥耦合振动作用时的中小桥梁动态响应曲线。通过建立车桥耦合振动方程,基于虚拟激励法对重力引起的确定性激励和桥面不平顺引起的随机激励求解,得到了桥梁跨中挠度和应力响应的均值和标准差。运用 法则定义随机激励的确定值值域,分析了桥梁跨中位移和应力响应在不同车速和桥面不平顺等级作用下的特性,并讨论了动态响应曲线与准静态影响线的差异。结果表明：桥梁跨中挠度和应力标准差受车速和桥面不平顺等级变化的影响很大;桥梁动态响应值域范围很大,具有较强的随机性;相比准静态影响线,动态响应曲线更能体现车桥之间激励的耦合随机作用。     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

含呼吸裂缝的桥梁振动响应与时频特性分析

本文对车桥耦合系统的动力响应进行时频特性分析。以欧拉梁模拟有损伤的桥梁,以两轴汽车模型模拟移动车辆,利用有限元法建立了有损伤桥梁结构在车辆作用下的运动方程。运用Newmark直接积分法计算出了车桥耦合系统的振动响应,分析了不同裂缝模型对桥梁动力响应的影响,并借助Hilbert-Huang变换获得损伤桥梁动力响应的时频谱和边际谱,结果表明由于呼吸裂缝的影响,桥梁动力响应将呈现出明显的谐波效应;进一步对比不同车流状况作用下桥梁动力响应的时频特性,车流会对桥梁呼吸裂缝的开合变化产生影响,随着车辆的数目增多,桥梁振动加剧,谐波能量也增大。     

基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究

将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合,形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型;提出了MSCA实现车桥动力分析的思路和方法,并进行了程序开发;通过具有实测时程动态挠度的工程算例,验证MSCA实现车桥耦合动力分析的准确性;将MSCA用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中,论证基于MSCA的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。研究结果表明:工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性,最大误差仅为11.6%;斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示,两者具有很好的一致性,随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著,说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。该研究进一步拓展了MSCA在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力,为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。     

考虑地形条件影响的车桥耦合系统地震响应分析

研究局部地形条件对地震作用下车桥耦合系统动力响应的影响。依据黏弹性边界理论,利用ANSYS建立了可以考虑局部地形条件的三维场地模型,并通过将输入地震动转化为作用于人工边界上的等效荷载来实现波动输入,得到考虑地形影响之后的桥梁各支点地震动时程曲线。将地震激励以速度时程和位移时程形式作用到结构上,编制计算程序,进行多点地震激励作用下的车桥耦合分析。以列车通过总长480 m的实际桥梁为算例,对考虑局部地形影响的车桥耦合系统地震响应进行了仿真分析。结果表明:考虑地形影响后,地震作用下桥梁和车辆的动力响应在峰值大小和峰值出现时间上均发生了改变,且其变化规律随桥梁所处的地形类型的不同而有所差别,说明进行车桥耦合系统地震响应分析时考虑局部地形影响的必要性。     

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。     

以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS和数值计算软件MATLAB研究了以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法中的一系列技术问题,包括以疲劳分析为目标的车桥耦合振动模型的建模方法和动应力分析方法、基于车桥耦合动应力的桥梁疲劳状态评估方法、不同桥梁应力分析方法的比较,以及路面不平度对桥梁疲劳状态的影响。研究结果表明,以疲劳评估为目标的桥梁车桥耦合动力分析方法能够有效地应用于大跨钢箱梁桥的疲劳状态评估,满足结构局部疲劳损伤累积仿真计算的需要。通过分别对不同应力计算方法下以及不同路面不平度下的桥梁动应力响应的对比分析,表明车辆载荷对桥梁作用的影响是局部的,对局部的桥梁疲劳累积有显著影响,在桥梁疲劳状态评估中采用车桥耦合动力分析方法能得到更为准确的结果。     

车桥系统耦合振动分析的数值解法

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统，采用分离的车辆和桥梁运动方程，提出了车桥系统耦合振动分析的数值解法，该法以车轮与桥面钢轨之间位移协调作为收敛条件，在每一时间步长内运用了Newmark-β积分格式。并运用所编制的程序对京沪高速铁路南京越江桥三塔PC箱钢桁叠合主梁斜拉桥方案的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明了本文方法的可靠性与有效性。     

跳车冲击过程中的桥梁动态位移响应分析

以1/4简构车辆和含阻尼简支梁桥为对象,建立可描述跳车冲击过程的车桥耦合振动分析模型。采用Newmark-β积分法获得车桥耦合系统振动响应的数值解。在不同高度、不同跳车位置以及不同车速等工况下,重点讨论跳车冲击过程中桥梁竖向动态位移响应的表现特征。数值分析表明:在文中考虑的跳车冲击工况下,桥梁竖向动态位移存在显著差异;不同跳车高度对动态位移峰值影响很小;不同跳车位置时的竖向动态位移表现各有不同,靠近跨中处,在桥梁前半跨发生跳车冲击对桥梁竖向动态位移值的影响明显大于后半跨,远离跨中处,桥梁前半跨动态位移值与后半跨相近,且最大竖向动态位移表现出滞后特征;不同车速对桥梁竖向位移值影响不同。     

三主桁梁桥车桥耦合振动分析

相比传统的两片主桁的截面形式,采用三片主桁截面形式的桥梁力学性能和空间稳定性更好。根据列车桥梁时变系统的分析理论,分别建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,采用计算机模拟的方法,研究列车以不同车速通过三主桁拱桥时车桥耦合系统的空间振动响应。所得结果可供设计参考。     

铁路简支梁桥竖向共振影响因素的分析

采用车-桥系统模型,对影响铁路简支梁桥竖向共振的各种因素进行了分析。分析结果表明:列车静轴重荷载是引起简支梁桥竖向共振现象的主要原因,而其它因素(如桥梁本身的跨度、刚度及阻尼,车辆的长度、轮对的质量、悬挂弹簧的刚度和阻尼等)对桥梁竖向共振的发生和发展也有着重要的影响。     

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

曲线箱梁桥的车桥相互作用分析

针对公路和城市立交中的曲线箱梁桥,基于剪力柔性梁格法建立了曲线箱梁的梁格模型,进行了车桥相互作用分析。采用三角位移函数,基于平衡法推导了一种新型曲梁单元。利用曲梁的力-位移关系,得到了极坐标下空间曲梁单元的刚度矩阵和一致质量矩阵。根据拉格朗日定理,建立了7自由度空间车辆模型。采用逆傅立叶变换法,由功率谱密度生成了4种等级的桥面不平度。数值仿真了一混凝土单箱双室曲线连续箱梁桥的动力特性和车桥相互作用,并分析车辆横向位置、车速、桥面不平度、曲率半径等因素对桥梁冲击系数的影响。结果表明:该曲梁单元简便、实用,所建立的曲梁梁格模型可以准确地模拟曲线箱梁桥的车桥相互作用。     

高速铁路简支梁桥的竖向共振现象

本文采用车－桥系统计算模型,对高速铁路多种不同类型简支梁桥可能发生的竖向共振现象进行了研究,给出了各种不同类型简支梁桥发生竖向共振现象时所对应列车速度,分析了不同的跨度对桥梁竖向共振峰值的影响,并就高速铁路简支梁桥如何避免和抑制桥梁竖向共振现象的发生和发展进行了初步的分析。     

基于影响线的桥梁移动荷载识别

以桥梁不同截面动应变响应为对象,进行移动荷载识别研究。通过寻找应变曲线峰值点识别车辆行驶速度、轴数、轴距,并采用影响线拟合动应变响应的思路识别车辆各轴轴重。结合车-桥耦合振动模拟计算,对桥梁移动荷载识别问题进行数值仿真分析。     

Hermite插值在车桥耦合振动中的应用

车桥耦合竖向振动分析中，轮对和与其接触的桥梁竖向位移相等，但振动速度、加速度并不相等，传统方法用轮对与桥梁接触点处桥梁振动速度和加速度代替轮对的振动速度、加速度。本文通过引进Hermite插值函数，推导出车辆以一定速度过桥时轮对竖向位移、振动速度和加速度理论值，并且轮对的竖向位移、振动速度和加速度可由轮对所在桥梁单元节点的竖向位移、振动速度和加速度求得，在有限元动力计算中易于实现。本文的算例表明在车辆低速过桥情况下，用轮对所在位置桥梁的振动速度、加速度来代替轮对的振动速度、加速度误差很小，但是车辆高速过桥时，计算结果误差较大。     

一种基于桥梁变形后构形的车辆—柔性桥梁竖向耦合模型

基于车—桥振动桥梁变形后的构形,建立了考虑桥梁变形的车—桥耦合模型。类似于结构抗震分析中,将地震作用下结构的动位移分解为拟静力位移和结构动位移,本文将车辆的运动分解为整体顺着桥面运行和相对自身局部系统的振动。以单轴车辆—简支梁桥为例,建立了基于桥梁变形后构形的车—桥系统竖向振动方程。最后,通过简支梁数值算例对由于桥梁变形产生的附加力进行了分析和研究。     

非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。