基于移动荷载谱的桥梁竖向自由振动最大响应研究

该研究提出了基于移动荷载谱的桥梁自由振动最大响应的频域分析法。该方法在频域内,采用傅里叶变换得到移动荷载作用在桥梁上的移动荷载谱及桥梁振动位移响应谱;并以理论推导与数值分析相结合的方法建立了移动荷载幅值谱最大值对应的无量纲速度与轴跨比(荷载轴距与桥梁跨径的比值)之间的关系;根据该关系提出了移动荷载作用下桥梁自由振动最大位移响应时的速度公式,该速度明显不同于共振速度。以两座不同跨径的简支梁桥为例,在时域内通过改变不同的轴跨比与移动荷载速度,计算桥梁自由振动最大位移响应,以此验证了频域分析结果的正确性。研究结果表明:基于移动荷载谱能够有效反映移动荷载作用下桥梁自由振动最大响应;当轴跨比为0.72时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最小;当轴跨比为0与1.47时,引起的桥梁自由振动最大位移响应最大;移动荷载以速度公式获得的速度行驶,将会使得桥梁自由振动产生最大位移响应。     

移动荷载列作用下简支梁振动响应参数研究

推导了移动荷载列作用下简支梁位移响应的精确解,在此基础上引入3个无量纲参数,研究了荷载移动速度、荷载频率及结构阻尼对桥梁响应的影响,分析了简支梁在一定荷载速度下的共振和消振现象发生机理。结果表明:桥梁跨中的最大位移响应并非随着荷载速度的增大而单调地增大,而是表现出一种类似正弦但波幅逐渐变大的方式;当移动荷载列以消振速度通过桥梁时,引起的桥梁余振响应趋近于零;简支梁的共振速度与移动荷载列的间距有直接关系,当共振速度同时又是消振速度时,共振现象被抑制;当简谐荷载移动速度较低时,梁体位移在荷载频率等于梁体第一阶自振频率时达到最大响应,随着荷载移动速度的增大,梁体位移达最大响应不再发生于荷载频率等于梁体第一阶自振频率的情况。     

高速列车作用下简支梁车桥耦合振动随机响应分析

以三跨简支梁为例,进行车桥系统空间非平稳随机分析。将系统在确定性荷载作用下得到的响应作为均值,采用虚拟激励法将轨道高低、方向和左右轨高差不平顺转化为一系列简谐荷载,将系统在虚拟荷载作用下的响应的自功率谱密度积分得到均方差,运用3 准则确定系统响应的最大、最小值,取其绝对值的较大值做为响应的代表值,讨论系统响应在不同车速下的变化趋势。研究表明：车体加速度、桥梁跨中横向响应和轮对受到横向轮轨力的随机性较大,轨道不平顺是其主要影响因素,桥梁跨中垂向响应及垂向轮轨力主要由确定性荷载引起。桥梁响应并不随车速的增加而单调增加,车体响应以及轮轨力随车速的增加而单调增加     

移动荷载作用下的桥梁振动及其TMD控制

为了全面地了解移动荷载作用下桥梁的振动机理及其调质阻尼器(TMD)控制,将列车简化成移动简谐力模型,对列车过桥时桥梁的振动形态幅频特性作了详细的探讨。然后论述了移动荷载作用下的TMD控制。给出了桥梁在不同速度下的幅频特性曲线以及TMD控制的质量比影响曲线,揭示了移动荷载作用下的桥梁振动及其控制的特点,同时为进一步的桥梁振动控制提供详尽的参考数据。     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

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。     

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。     

承受移动均布质量的简支梁振动反应分析

考虑磁浮交通等工程背景下，研究了大于简支梁跨度的质量在简支梁上移动时，简支梁的竖向振动情况，建立了简支梁向振动分析的移动均布荷载模型，通过使用荷载移动状态函数得到了简化形式的简支梁振动方程组，并用振型叠加和Wilson—θ法求出了简支梁的振动反应。文中比较和研究了移动荷载作用下简支梁跨中位移和加速度与梁的跨度、荷载移动速度以及移动质量与桥梁质量比之间的关系。结果表明梁的自振频率，荷载的行驶频率和荷载与梁质量比对梁的振动都起着重要的作用。     

基于Poisson过程的桥梁交通激励模型及结构动响应分析

提出一种基于Poisson过程的桥梁交通激励模型,建立了该激励模型的谱密度矩阵,并研究了这种激励模型的性质;基于随机振动理论和平稳随机过程理论,分析了这种激励模型作用下桥梁结构的动响应.数值分析表明:该模型能反映桥梁交通激励的空间相关性,接近桥梁所受实际交通荷载,对桥梁系统识别研究具有重要的理论意义和应用价值.     

移动随机线源荷载作用下黏弹性半空间体的动力响应

求解移动荷载作用下黏弹性半空间体的响应,是研究交通荷载引起的环境振动问题的基础。移动荷载作用下半空间体响应的积分形式解不难得出,但当荷载移动速度接近或大于瑞利波速时,被积函数往往具有奇异性和高振荡性,这就使得数值计算相当困难。该文研究了移动随机线源荷载作用下黏弹性半空间体的响应问题。利用虚拟激励法,将系统的随机振动分析转化为确定性分析,然后通过广义Duhamel积分得到了响应的积分形式解。将被积函数图形化确定了函数的积分限,通过自适应数值积分算法解决了被积函数的振荡性,最终得出了黏弹性半空间体动力响应的数值结果。为确保数值计算结果的正确性,同样计算了确定性荷载作用下半空间体的响应,并与已有文献结果进行了对比。在验证了数值算法正确性的基础上,计算了随机荷载作用下半空间体的响应,荷载移动速度涵盖了亚音速、跨音速和超音速三种情形。通过具体算例,分析了响应的时间和空间分布规律,并对荷载移动速度对响应的影响进行了分析。     

The non-stationary response of flexible pavements to moving loads

In this paper, the pavement surface deterioration is investigated based on field measurements of surface roughness profiles obtained in Sweden. A predictive function for surface deterioration, based on average gradient of yearly measurements of the road surface profile in Swedish road network, is proposed. In order to characterise the dynamic loads induced on the pavement by moving traffic a quarter car model is used. Afterwards a non-stationary stochastic approach is used to obtain the yearly response of the pavement to moving loads. The solution is in frequency–wavenumber domain and is given for a non-stationary random case as the pavement surface deteriorates in pavement service life thus influencing the magnitude of the dynamic loads induced by the vehicles. The effect of pavement surface evolution on the stress state induced in the pavement by moving traffic is examined for a specific case of quarter car model and pavement structure. The results showed approximately a 100% increase in the dynamic component of stresses induced in the pavement.     

桥梁时变移动车载的间接识别

针对桥梁上时变移动车载 ,提出了两种桥梁模型、四种移动车载间接识别方法和两种不同解决方案 ,并通过模型实验对上述不同桥梁移动车载解决方案进行验证。仿真和试验结果表明 :虽然各种车桥参数对识别结果都有不同程度的影响 ,但每种解决方案都能有效识别桥梁移动车载且以“时域法”和“频时域法”识别精度较高、实用性较强 ,可推荐用于现场桥梁移动车载识别。     

基于矩量法的移动荷载识别

从桥梁响应识别桥面移动荷载往往出现逆问题的病态（不适定性）等共性问题。本文基于移动荷载识别理论，借助矩量法求解积分方程理论并采用整域基函数——正交勒让德多项式表达桥面移动荷载，提出了一种移动荷载识别的时域改进算法。两轴车辆多种组合工况下的常载和时变荷载数值仿真研究表明：与时域法比较，改进时域法识别桥面移动荷载时，其识别精度高、抗噪能力强，识别结果不适定性有显著改善。     

受演变随机激励结构响应的扩展精细积分方法

摘要：对于受演变随机激励的线性多自由度体系,给出了计算其非平稳响应的扩展精细积分方法。首先采用虚拟激励法,将随机荷载转化成确定性荷载,然后采用Duhamel积分的精细计算方法,构造出统一形式的精确、高效递推格式。本文方法避免了矩阵的求逆运算,不依赖于系统矩阵或其动力矩阵的性态,提高了数值稳定性和应用范围。本文方法具有与混合型时程精细积分方法同样高的数值精度,而效率上要高于增维精细积分方法。算例验证了本文算法的优越性。     

带弹性支撑多跨连续梁桥的车桥耦合演变随机振动

以中间带弹性支撑连续梁桥为研究对象,车辆简化为两自由度车辆移动系统,桥面不平度功率谱密度作为输入,建立了车-弹性支撑连续梁桥的耦合力学分析模型。采用转换矩阵法获取连续梁桥的模态函数,结合状态空间理论和演变随机过程一般理论,给出了整个耦合系统演变随机响应的分析方法,并结合数值算列,探讨了跨中支座条件、桥梁截面抗弯刚度、弹性支撑位置、车辆运行速度及桥面平整度对车桥耦合系统随机响应的影响。     

Frequency-based fatigue analysis of non-stationary switching random loads

The service loadings in real systems are not only random, but also non-stationary. The spectral methods based on a frequency-domain characterization of random loads, which have been used in alternative to classical time-domain approaches, cannot be applied to non-stationary loads, because the conventional spectral density spectrum is not able to capture the evolutionary frequency characteristics of non-stationary loads. This clearly restricts the applicability of the existing frequency-based methods only to loads which are stationary. At the same time, it is also very difficult to propose general models valid for all types of load non-stationarity encountered in practice. Therefore, a practical approach is to restrict the analysis to a specific class of non-stationary loads; in this work, we consider particular non-stationary loads (i.e. switching loads), which are piecewise stationary in their variance. A frequency-domain analysis of such loads is proposed, which is based on a combination of the frequency-based analysis of each adjacent stationary segment, which can be either Gaussian or non-Gaussian. Numerically simulated load histories, as well as loads measured on mountain bikes in special tracks, are analysed to validate the proposed methodology. The presented results also show the correlation between load non-stationarity and non-Gaussianity.     

用时域法和频时域法识别桥面移动车载

基于欧拉梁模型,本文利用时域法和频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载并重点讨论了几个主要参数对识别结果的影响。这些参数包括模态数、采样频率、车速、响应测点位置和测点数等。结果表明：车桥试验室模型是成功的,用时域法和频时域法均能得到满意的识别结果,但以时域法实用性更强、精度更高,可以直接用于桥面移动车载识别的现场试验。