汽车对桥梁冲击作用分析

为了分析汽车桥梁系统参数变化对动力放大系数的影响规律，将桥梁等效为等长的欧拉梁单元，将汽车等效为两自由度五参数模型，在状态空间求解车桥耦合振动方程得到系统的动力响应，定义了由垂向挠度和弯矩表示的动力放大系数。在数值模拟中研究了桥上路面不平顺、桥梁损伤、汽车参数和汽车速度对冲击系数的影响。     

混凝土连续曲线箱梁桥在多车荷载作用下的冲击效应分析

针对多跨连续曲线梁的车桥耦合振动问题,分别采用三梁式模型和12自由度的车辆模型对桥梁和车辆进行模拟,通过快速傅立叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑桥梁结构阻尼的影响,采用基于ANSYS的分离迭代算法研究了多个车辆荷载共同作用下连续曲线箱梁桥不同控制截面位置的内力和挠度响应的主要差异及其随车速的变化规律。研究表明：横向加载车道数对支点扭矩、跨中扭矩、支点弯矩和墩顶截面弯矩的最大动力放大系数有很大影响, 而对主梁的竖向挠度和墩柱的轴力最大动力放大系数影响很小;纵向加载车辆数对桥梁的冲击效应有很大影响;桥梁的动力放大系数随车头间距增大显著提高而最大效应则大大减小。研究结果可为多跨连续曲线箱梁桥的设计提供参考。     

基于应变模态的连续梁动挠度识别

为了实现基于应变测量的连续梁动挠度识别,提出了一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法。利用应变传感器进行应变测试获得梁的动应变数据,由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型,利用应变-位移转换关系求出位移模态振型,再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标,最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线,从而实现对动挠度的监测。为了验证方法的有效性,对连续梁在脉冲激励及地震作用下的动挠度进行了数值模拟,并进行了简支梁力锤锤击实验。数值模拟及实验的结果表明,基于应变模态监测梁结构动挠度是可行的,且具有较高的精度。     

曲率半径对曲线箱梁桥车辆荷载作用下冲击效应的影响

针对复杂的车桥耦合振动问题,桥梁结构采用三梁式模型进行离散,首先基于ANSYS提出了简便的分离迭代解法,给出了该问题的详细推导过程和计算步骤,同时通过现场试验对所提出的方法进行了验证。通过快速傅里叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑车辆在曲线梁桥上的行驶偏心,分析了曲率半径和车速对曲线梁桥冲击效应的影响。结果表明:曲线梁桥的位移和内力动力放大系数大于直线梁桥的,且不同位置不同项目的内力和位移之间的动力放大系数的数值差别很大。内力和位移的动力放大系数对曲率半径的变化的敏感性各不相同,当曲率半径小于某个特征值后,动力放大系数变化很大。     

桩-土动力相互作用对连续梁桥半主动控制的影响研究

建立刚性地基和桩土相互作用两种模式的整体桥梁有限元模型，在桥梁支座部位设置线性粘滞阻尼器，计算桥梁在地震动作用下未施加控制和半主动控制的地震反应，探讨了桩土动力相互作用对连续梁桥地震反应半主动控制的影响以及半主动控制的减震效果。结果表明，桩土动力相互作用使连续梁桥自振周期增大，半主动控制的减震效果也相应增大，而最终的桥梁最大位移反应数值比较接近，最大内力数值更加减小，桩土动力相互作用对连续梁桥半主动控制系统减震效果的不利影响非常小，充分显示了半主动控制的优越性。     

由状态变量识别板梁桥上移动荷载

将板梁桥等效为正交异性板,车辆等效为等间距常速度在正交异性板上移动的一组荷载。根据弹性板理论、HALMITON'S原理和模态叠加原理,得到了系统状态方程,并基于规则化技巧推导了状态空间移动荷载识别方法。数值模拟和试验结果表明,该方法用挠度或应变识别车辆的轴重和轮载都是有效、可行的。     

简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析

移动车辆荷载反复作用会导致桥梁疲劳损伤甚至破坏,移动荷载识别是桥梁健康监测的重要措施之一。采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上的移动荷载进行识别和参数分析。基于模态叠加法和梁固有振动的精确解,建立了移动荷载作用下简支梁和连续梁的运动方程;利用样条最小二乘法逼近桥梁应变响应,由样条数值微分求得响应导数;再通过Tikhonov正则化方法结合奇异值分解技术得到了荷载识别的正则解。对一简支梁和一三跨连续梁进行了数值仿真,并对一些影响因素进行了参数分析。利用已有的试验数据验证了方法的可靠性。结果表明,样条函数逼近法能有效地识别简支梁与连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能;而且简支梁桥上的荷载识别精度和抗噪性能高于连续梁桥;利用Tikhonov正则化方法可得到荷载识别的稳定解,并有利于提高识别精度,降低对噪声的敏感性。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

大跨度单层空间网格结构连续性倒塌动力效应分析及简化模拟方法研究

为评估大跨度单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应,并确定此类结构静力分析时所采用的荷载动力放大系数,构建了单层空间网格结构抗连续性倒塌的单自由度子结构模型,推导出考虑初始状态下子结构在线弹性、弹塑性阶段的动力放大原理,通过数值算例分析验证了其正确性。提出适用于单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应简化模拟方法,通过算例验证后给出单层网壳结构荷载动力放大系数的建议取值范围。研究表明:不考虑初始状态时,弹性阶段下的位移动力放大系数、荷载动力放大系数趋势保持一致;弹塑性阶段下,随着塑性的发展,荷载动力放大系数逐渐减小,位移动力放大系数逐渐增大。考虑初始状态后,虽然两个动力放大系数的变化趋势未发生改变,但值均显著减小,与理论分析结论一致,因此必须考虑初始状态的影响。此外,对于单层网壳结构,当DCR<0.7时,建议荷载动力放大系数取1.7~1.9;当DCR>0.9时,建议取1.4~1.6。     

移动随机荷载作用下桥梁振动分析

为了研究移动随机荷载作用下桥梁的振动问题,首先利用虚拟激励法将随机荷载转化为确定性的简谐荷载,推导了桥梁的非平稳随机响应,包括演变功率谱和时变标准差;再将精细积分法扩展到求解移动简谐荷载作用下结构的动力方程,提出了协调分解过程来模拟荷载的连续移动.在数值算例中,研究了单跨及多跨桥梁的基本随机振动特性;讨论了桥梁模态之间的相关性和荷载之间的相关性对桥梁响应的影响.     

连续桥面简支梁桥静动力特性的理论分析方法研究

简支梁桥多跨连续布置带来大量伸缩缝,对行车舒适性和结构维护造成不利影响,因此用连续桥面板代替伸缩缝正成为改进该类桥梁性能的一种处理方式。但是对这种部分连续的桥梁结构,其力学分析理论尚不完善,阻碍了相关的工程应用和优化。因此,针对连续桥面简支梁桥,提出了一种带边界转动弹簧的简支梁模型,弹簧刚度通过对连续桥面和相邻简支梁的拉压、弯曲和剪切分析得到。基于该模型,可以用类似于传统简支梁的分析方法,对这种非传统的桥梁结构进行静力和动力特性分析,获得该类桥梁静力变形、内力、自振频率与模态的计算公式。实例计算表明,由理论公式得到的边界转动弹簧刚度与三维有限元分析结果吻合;采用考虑边界转动弹簧的模型后,桥梁静力挠度、应变、自振频率的计算值接近实桥测试值,优于普通简支梁计算结果,因此可以用于连续桥面简支梁桥的力学分析。     

重载列车过桥时桥梁的垂向动力分析

本文建立了具有6个自由度重载列车的车辆振动分析模型和重载铁路桥梁的梁段单元模型,通过轮轨接触处的位移协调条件与轮轨相互作用力的平衡关系建立了重载车辆-桥梁系统耦合运动方程,采用迭代求解,编制了重载铁路车-桥耦合振动分析程序。对影响重载铁路简支梁桥的跨中挠度的各种因素进行了分析,分析结果表明：列车的轴重、速度、加速度、减速度及轨道不平顺对重载铁路桥梁的跨中挠度和竖向加速度有着重要影响。     

多个移动车辆作用下简支梁的动力响应分析

将简支梁桥简化为欧拉-伯努利梁模型,考虑四自由度车辆移动系统与结构表面接触处不平顺产生的随机激励,建立了多个移动车辆振动系统与梁的耦合动力效应模型。在数值算例中,计算了不同模态截断阶数情况下由动力效应产生的挠曲线;讨论了移动速度变化时,在梁上作用不同荷载组合情况下冲击系数的变化规律;并讨论了跨径变化时冲击系数的变化规律;最后比较了在不同等级平整度情况下梁的动弯矩、动剪力的结果。     

撞击荷载作用下高速铁路桥梁的动力响应及列车运行安全分析

建立了“列车-桥梁-撞击荷载”系统动力分析模型,通过在松花江大桥进行的现场试验,得到了流冰撞击力时程,施加到桥墩上作为系统的激励。编制了分析程序,以高速铁路5×32m预应力混凝土简支单线箱梁桥为算例,通过计算机模拟,对流冰撞击作用下桥梁结构的动力响应及桥上高速列车的运行安全问题进行了研究。分析了在有流冰、无流冰撞击作用两种情况下,桥梁结构关键部位的位移和加速度响应,以及桥上高速运行列车的车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标。计算结果表明:流冰撞击作用对桥梁结构以及高速列车的动力特性具有较大的影响,撞击作用使桥梁和车辆的动力响应大幅度增大。当流冰撞击荷载峰值达到4000kN时,车辆减载率已经超过了0.6的限值。撞击荷载作为一项特殊的作用力,在高速铁路桥梁的动力设计中应予以重视。     

变速车辆与路面不平弹性支撑桥梁的耦合振动分析

建立了适合车辆任意变速运动与任意路面不平函数的弹性支撑桥梁耦合系统的无量纲运动微分方程。作为其特例,研究了匀变速车辆与随机路面弹性支撑桥梁耦合系统,获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、桥梁的动接触力扩大因子和车辆的舒适度随车辆的加速度、弹性支撑的刚度和路面不平度系数的变化规律。数值结果表明,车辆的加速度、弹性支撑的刚度和桥面的不平度系数均对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响。     

Vertical dynamic responses of a simply supported bridge subjected to a moving train with two‐wheelset vehicles using modal analysis method

The vertical dynamic responses of a simply supported bridge subjected to a moving train are investigated by means of the modal analysis method. Each vehicle of train is modelled as a four‐degree‐of‐freedom mass–spring–damper multi‐rigid body system with a car body and two wheelsets. The bridge, together with track, is modelled as a simply supported Bernoulli–Euler beam. The deflection of the beam is described by superimposing modes. The train and the beam are regarded as an entire dynamic system, in which the contact forces between wheelset and beam are considered as internal forces. The equations of vertical motion in matrix form with time‐dependent coefficients for this system are directly derived from the Hamilton's principle. The equations of motion are solved by Wilson‐θ method to obtain the dynamic responses for both the support beam and the moving train. Compared with the results previous reported, good agreement between the proposed method and the finite element method is obtained. Finally, the effects of beam mode number, vehicle number, beam top surface, and train velocity on the dynamic responses of the entire train and bridge coupling system are studied, and the dynamic responses of beam are given under the train moving with resonant velocity. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

梁在动荷载作用下若干参数的测试技术研究

应用应变片电阻应变测量的方法研究了简支梁和悬臂梁在动荷载的作用下的若干动态参数,包括动荷系数,固有频率,阻尼系数等。详细叙述了用应变片电阻应变测量技术测定简支梁和悬臂梁的参数的过程以及数据处理的方法;并对所测定的简支梁和悬臂梁的动态参数的准确性进行讨论,指出方案中的优点和不足。     

磁浮车辆-桥梁耦合系统随机振动分析的时域显式方法研究

轨道不平顺所引起的磁浮车辆-桥梁耦合系统随机振动问题是磁浮列车行驶过程中需要关注的重点问题之一,传统的随机振动方法在解决这类问题时存在工作量大、计算效率低等问题。分别从磁浮车辆系统和桥梁系统出发,建立磁浮车辆系统响应和桥梁系统响应关于车桥相互作用电磁力的时域显式表达式;利用车轨间的电磁力方程及几何相容条件,构建电磁力关于轨道不平顺的时域显式表达式;进一步推导得到轨道不平顺作用下磁浮车辆系统和桥梁系统关键动力响应显式表达式。在此基础上,利用统计矩运算法则,直接获得磁浮车辆系统和桥梁系统关键响应的演变统计矩;也可以利用轨道不平顺的数字生成技术,结合随机模拟法,获得车桥耦合系统关键响应的统计信息。在上述过程中,由于车桥耦合系统关键动力响应的显式表达式已先行构建完毕,因此大幅提升了随机振动分析的计算效率。以二自由度磁浮车辆与桥梁耦合模型为例,阐明了方法列式过程。磁浮列车过多跨简支梁桥的数值算例结果表明,时域显式法具有理想的计算精度和效率。