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.     

基于车-桥耦合振动的桥梁加固效果分析

针对当前桥梁加固效果的评价方法仅在静力条件下引入车辆荷载动力放大系数,未考虑车-桥耦合的不足,编制车-桥耦合振动分析模块,对加固效果进行分析.引入典型车辆运动方程和多梁式车-桥耦合关系,建立梁格法车-桥耦合振动系统,并实现动态可视化.以一座采用增大截面法加固的刚架拱桥为工程实例,建立桥梁加固模型,考虑车-桥耦合,建立分析模块,从各主肋位移及弯矩响应、冲击系数和车-桥系统加速度等方面对加固效果进行分析.结果表明,加固后结构的刚度有大幅提升,结构的自重也有所增大;加固后结构刚度增大对冲击系数值影响不明显;路况好时,冲击系数规范值适用,路况差时,冲击系数波动较大,规范值不适用;在车-桥系统加速度方面,加固过程增加了桥梁结构刚度,使得桥梁跨中竖向加速度大幅减小,但对车辆质心加速度变化作用不明显.     

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。     

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

     

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。     

车载下大跨度桥梁动力可靠度评估

为了评估大跨度桥梁在车流荷载作用下的适用性,基于某高速公路车流监测数据建立随机车流模型,分析在3种随机车流作用下悬索桥位移的动力可靠度.采用车-桥耦合振动分析方法求解桥梁动力响应,以位移首次超越准则估算失效概率,并分析密集车流占有率对桥梁可靠度的影响规律.结果表明:在随机车流作用下,悬索桥主梁动力响应均值的最大值位于跨中位置,响应均方根最大值位于1/4跨径位置;大跨度桥梁运营期位移超限的适用性可靠度与密集车流的占有率相关;随机车流荷载模型包含车流的概率特征,可用于大跨度桥梁动力响应的概率建模,且在桥梁动力可靠度评估中有一定的适用性.     

车-桥耦合系统MTMD振动控制参数研究

建立了车-桥耦合系统的连续梁模型,对车-桥耦合系统的多重调谐质量阻尼器(MTMD)振动控制进行了研究.结合实例分析模态数对仿真计算的影响,给出了仿真计算应考虑的模态数取值,在保证计算精度的基础上大大减少了计算的工作量.考虑到目前新型高速铁路桥梁抗扭刚度较小,对高速铁路桥的扭转振动影响进行研究,结果表明扭转振动在高速列车作用下对桥梁有较大影响.最后,对MT-MD的布置方式及参数设计进行了改进.     

列车-曲线桥梁系统耦合振动分析

为进一步研究列车-曲线桥梁系统耦合振动特性,基于车辆-桥梁/轨道系统动力相互作用分析理论,采用模态叠加法建立列车-曲线桥梁系统的空间耦合振动方程.沿轨道中心线建立移动坐标系,借助坐标转换,确定列车通过曲线桥梁时的几何位置关系; 考虑列车曲线运动特点,基于赫兹弹性接触理论和卡尔克(Kalker)蠕滑理论,解决列车曲线运动时的轮轨接触耦合关系,并对广义力向量进行修正; 采用龙格库塔积分法求解列车-曲线桥梁的动力响应.依据以上理论,研究了曲率半径、曲线超高以及车速对列车-曲线桥梁耦合振动响应的影响规律.分析结果表明:桥梁和列车的振动响应随车速的增大而增大,随着曲线半径的增大而减小.桥梁的振动响应不随曲线超高的增大而变化,列车的振动响应在平衡超高和过超高时较小.     

车辆荷载作用下混凝土箱梁桥桥面板局部振动分析

研究车-桥耦合振动条件下,混凝土箱梁桥桥面板局部振动规律.推导车-桥耦合动力平衡方程,用板单元建立简支箱梁桥有限元模型,采用3维7自由度车辆模型,由路面功率谱密度函数模拟得到等级分别为"理想"、"好"和"差"的路面不平度函数.通过数值模拟计算桥面板不同位置的竖向位移、纵向弯矩和横向弯矩的动力放大系数(DAF).分别对车道位置、路面等级、车速和桥梁阻尼进行了参数分析.结果表明,车辆荷载作用下,桥面板不同位置的局部DAF值、同一位置由不同响应量得到的DAF值之间均存在很大差异,采用统一的DAF来计算车辆对桥面板的冲击作用不甚合理.路面不平度是影响桥面板车致振动最为重要的因素;而车速次之,且很难找到明确的函数关系用于描述车速对箱梁桥面板的局部动力放大系数的影响.     

车辆撞击下桥墩动力响应与撞击力的数值分析

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车-桥相互作用模型,分析了不同撞击速度下桥墩的动力响应,获得动态撞击力时程曲线。分别计算出4种车辆撞击力评价指标,并与美国、欧洲和中国3个桥梁设计规范作比较。结果显示,车-桥碰撞撞击力超越现行规范的情况十分普遍,此计算方法和结果对于桥梁设计和安全管理具有重要参考价值。     

基于环境激励的桥梁结构动力测试及模型修正

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标.首先根据设计图纸建立了312国道上的一座公跨铁立交桥的三维有限元模型,分析了桥梁的动力特性,同时通过环境振动测试获得了桥梁的实测动力特性,然后在灵敏度分析和优化理论的基础上,选取了一组设计参数,对桥梁的有限元模型进行了修正.修正结果表明该方法简单有效,修正后的有限元模型能够较好地反映桥梁的动力特性,可用于检测桥梁在复杂外力作用下的动力响应,能更好地为后期的损伤识别和健康评估服务.     

斜交梁桥频率间接识别效果的影响参数

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥频方法存在的操作复杂和成本高等缺点。根据车桥耦合振动理论和桥梁间接测量法基本原理,对实际工程中的某一斜交梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速驶过桥梁时的车辆加速度时程响应,并利用峰值拾取法进行频谱分析,剔除已知的车辆相关频率识别出桥梁的前三阶自振频率,分析了6种不同车速、6种不同车重、8种不同桥梁斜交角度对桥梁频率识别效果的影响特点。结果表明,间接测量法能够有效地识别桥梁比较密集的频率,车速低于20 km/h时,能够较好地识别出斜交梁桥的前3阶频率,车速较高时无法识别桥梁的频率信息;相对较小的车桥质量比对桥梁频率识别有利;斜交梁桥不同的斜交角度基本不影响桥梁频率识别的精度;桥面粗糙时采用差值法仍能较好地识别。数值模拟表明,间接测量法对于不规则斜交梁桥频率仍有较好的识别效果。     

万州长江大桥车桥耦合振动的研究

结合万州长江大桥铁路桥梁的特点．分别建立了车辆的三维离散自由度模型和桥梁的模态模型．通过轮轨作用关系建立了车桥耦合振动的动力模型．并对万州长江大桥的车桥耦合振动进行了研究．分析表明：主梁较柔的大跨度钢桁架桥梁，车辆高速行驶对其动力响应特别是横向动力响应影响显著．     

大跨异形钢管混凝土拱桥车载冲击效应分析

大跨度异形钢管混凝土拱桥的复杂造型使其结构动力特性极为特殊,车辆激励引起的桥梁振动十分复杂.为研究该类桥梁车辆冲击效应的特点和规律,以在建的长春市伊通河大桥为对象,应用自编的车桥耦合振动分析程序,对该桥进行了车桥耦合振动响应分析.从理论上分析了路面粗糙度、车速、结构阻尼对桥梁主梁、拱肋挠度和吊杆索力冲击效应的影响.结果表明:路面不平度对多拱肋异型拱桥振动响应的影响十分显著,维持路面平整可有效降低冲击系数;行车速度对冲击效应的影响与发生的卓越振动振型密切相关,并不一直随车速成正比增大;结构阻尼值在规范给定范围内变动时,对冲击系数影响不明显,设计中可偏安全地取阻尼比为0.5%.研究给出了该桥各主要构件的设计冲击系数取值的参考范围.     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.     

大跨径悬索桥动载试验研究

为检验在役大跨径悬索桥结构的动力性能,对主跨128 m地锚式悬索桥进行动力试验。测试其自振频率、振型和阻尼比;激振试验中,测试桥跨结构在汽车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置跳车时桥跨结构的动应变、动位移、振幅以及加速度等动力响应,计算得出冲击系数。并将实测结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,该悬索桥具有较好的竖向刚度、横向刚度;汽车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,有障碍行车舒适度较差。     

Investigation on the threshold control of safety blasting vibration velocity for the extraction of complicated orebody under railway

The threshold control of safety blasting vibration velocity is a significant process for the underground mining of complicated ore deposit under construction, road, and water. According to the equivalent principle of displacement and velocity of mass point, differential evolution is put forward based on 3DEC dynamic analysis, making the calculation more efficient and accurate. The 3DEC model of the complicated orebody under railway is established according to the topographic maps and geological data of the eastern Pyrite Mine. The stimulus-response distribution of internal stress and displacement fields are demonstrated by analyzing the on-site monitoring vibration displacement and velocity data of the mass point. The reliability of parameter selection, such as blasting simulation waveforms, rock damping, is identified. The safety vibration velocity of railway is set to 4.5 cm/s in line with the requirement of safety blasting rules. Thus, the maximum amount of single-stage explosive in this region is 44.978 kg. The simulation result is in good agreement with the on-site monitoring datum. No displacement and settlement of the 701 railway special line was achieved by choosing the critical amount of the singlestage explosive.     

热载下钢筋混凝土矩形简支薄板的自由振动

为了得到工程结构中热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的自由振动规律,基于刚性板和小挠度理论,按照iliushin小弹塑性理论和Hognestad等建议的混凝土本构模型,建立了混凝土薄板下应力-应变的非线性弹性本构方程,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的动力方程.利用Galerkin原理,得到了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的非线性动力方程及其解析解.结果表明:板的材料弹性常数、几何尺寸(长宽比)、相对厚度和温度对薄板的固有频率具有一定的影响.     

压弯耦合效应下自锚式悬索桥自由振动研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分厚理,考虑了加劲梁的压弯耦合和剪切应变能的影响,建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动和纵向振动的基础微分方程,忽略非线性项的影响,进而得到线性振动微分方程．以一座拟建的自锚式混凝土悬索桥为例,求出了竖向振动方程自振频率的解析解,并与数值解作了比较,证明了这一理论和方法为自锚式悬索桥的固有振动特性分析能提供可靠的依据。