公路桥梁与车辆耦合振动与分析模型

车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动,而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动,这种相互作用,相互影响的问题就是车辆与桥梁之间的振动耦合问题,将整个公路车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统进行分析。     

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。     

基于车桥耦合振动的车辆舒适性分析

研究车桥耦合振动引起的车辆舒适性问题对合理设计桥梁结构,从而减小车桥耦合振动响应和提高司乘人员的乘坐质量具有重要意义。分别利用有限元法和达郎伯原理建立了大跨度公路斜拉桥三维模型和9个自由度的车辆空间模型。通过位移和力的协调条件将车桥两个子系统耦合起来,求解车桥系统的振动微分方程。基于计算机软件ANSYS中的APDL语言编写了求解振动微分方程迭代计算的命令流,以ISO2631-1―1997标准建立了评价车辆舒适性的方法,并据此分析了主跨为550m的福建长门大桥在多车辆通过时考虑不同车速和车重时的车辆动力响应和车辆舒适性。计算结果表明,随着车速的增加,车辆的动力响应增加,舒适性变差;而随着车重的增加,车辆的动力响应减小,舒适性变好。     

横风作用下考虑车辆运动的车桥系统气动特性的数值模拟研究

车辆和桥梁气动力参数的准确识别是风-车-桥系统耦合振动研究的前提,目前大多数研究中通常忽略了车辆和桥梁间的相对运动。由于采用风洞试验测量手段研究此类问题存在一定困难,因此该文基于CFD数值仿真平台采用动网格技术模拟计算了横风作用下考虑车辆运动的车辆和桥梁气动特性,分析研究了风场的紊流特性、车辆的运动速度以及车桥的相互气动干扰对车辆和桥梁气动特性的影响。计算结果表明:车辆和桥梁的气动力特性受车辆的运动速度和车桥间的相互作用影响较大,风场的紊流特性对车辆和桥梁的气动力也有一定影响。最后通过对比分析单车、桥和车-桥耦合的流场压力和速度云图,探讨了车辆和桥梁气动力的相互作用机理。     

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     

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。     

公路桥梁车桥耦合振动的简化算法研究

为了方便设计阶段桥梁动力性能的方案比选,避免进行复杂的车桥耦合振动计算,有必构造一种简化的车辆荷载数学模型,以利用现有动力计算软件进行快速计算。本文首先比较了人桥耦合振动和车桥耦合振动的共同点,分析了被广泛应用的行人荷载确定性数学模型的构成原理;在此基础上,分析了车辆动力荷载的组成部分,构造了车桥耦合分析中车辆荷载的确定性数学模型,并对各个参数的物理意义及取值进行了说明;最后详述了使用该车辆荷载的确定性数学模型,利用Ansys命令流结合APDL语言,计算桥梁在该车辆动荷载作用下的动力响应的方法。该方法基本概念清晰,包含车辆动荷载的主部分,且计算过程简单,有很大的研究价值和应用前景。     

高速铁路桥梁及场地土交通振动分析

以高速铁路32m单箱单室简支梁为例,建立了考虑土-结构动力相互作用的车-桥-墩-桩-土耦合振动系统整体三维有限元分析模型。车辆采用具有二系悬挂的多自由度车辆模型,场地土采用京沪高速铁路沿线实勘软土地基土层数据,在土体截断处采用粘弹性人工边界模拟半无限域土体,采用基于库伦接触算法的动力三维接触单元模拟轮轨接触。分析了桥墩和桩基等下部结构对车桥耦合振动的影响,以及车桥耦合振动对周围场地土振动的影响。计算结果表明车桥耦合振动受桥墩和桩基影响显著;周围场地的振动振级随着距离的增大而逐渐减小,相对水平振动而言,竖向振动衰减的更加明显;地面振动的高频分量衰减速度大于低频分量的衰减速度,远场地面振动以低频分量为主;地面振动与列车速度不是简单的线性递增关系,与上部结构桥梁的振动有关。     

高速公路桥梁在交通荷载作用下的动力响应统计与分析

车辆行驶引起的桥梁振动的动力响应数据是车桥耦合振动分析中重要参数。文中采用超声波测速仪、录像机及桥梁动态测试仪同人工记录相结合的方法对高速公路交通荷载各要素进行24小时连续、全面调查,采集了8片梁的5650单车过桥的动响应数据,研究了总交通荷载调查样本中不同梁体的动响应数据的统计规律,然后按车型分类对采集的动力响应数据进行详细细致的统计分析,全面分析了高速公路交通荷载车辆过桥引起的桥梁动力响应的时空分布规律。研究结论能够给车桥耦合振动研究及相关研究提供有益的理论指导和数据支持。     

车桥耦合振动分析的Haar小波方法

利用Haar小波方法对车桥系统耦合振动问题进行了求解，得到了随机路面不平顺作用下车辆行驶速度与车辆、桥梁振动水平的关系。通过与传统的Runge—Kutta法进行比较可以看出，Haar小波方法在车桥耦合动力响应计算方面，具有计算时间少、计算准确性高的优势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铰接板桥交通振动与声辐射算法及影响因素研究

铰接板桥是中国城乡公路桥梁中广泛采用的一种桥型,其在车辆作用下的振动,以及由此导致的结构声辐射问题对于桥梁周边的声环境具有较大影响。因此,针对铰接板桥的交通振动与噪声问题,提出了对应的分析方法并进行了验证。首先提出了该类桥型的车桥耦合振动高效算法,对各梁板建立独立的单梁模型,用铰接板梁法模拟各梁板之间的相互作用,由此实现车轮荷载在各梁板间的横向传递。然后用边界元法计算桥梁结构的声辐射,引入振动分析得到的桥梁振动速度,获得结构周边的声场。最后,用实际桥梁交通振动与声辐射实验进行了验证。基于当前方法,讨论了该类桥梁结构声辐射的影响因素。结果表明,加强横向联系、减小桥面粗糙度、采用无伸缩缝的连续桥面是降低结构声辐射的有效途径。     

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。     

不同主梁竖曲线下大跨度斜拉桥的车桥耦合振动分析

由于混凝土收缩徐变、材料特性及施工荷载与设计值有差异等各方面因素的影响 ,大跨度桥梁在成桥状态下主梁的实际竖曲线往往与设计理论竖曲线不一致 ,这可能给通车后的行车安全性与舒适性带来影响。本文运用文献[1]提出的车桥耦合振动分析理论与方法 ,针对京沪高速铁路南京长江大桥主跨 84 160 4 88 4 88 160 84m三塔斜拉桥方案 ,采用空间杆系单元建立桥梁有限元模型 ,分析了 4种不同主梁竖曲线下ICE高速列车通过桥梁时的车桥耦合振动响应 ,讨论了不同主梁竖曲线对车桥动力响应的影响 ,得到一些有益的结论。