基于车辆传感识别简支梁桥损伤的位移曲率法研究

从驶过桥梁的车辆响应中识别简支梁桥的损伤具有快速、经济的优点,对公路工程中广泛存在中小旧桥快速检测具有重大的应用价值.依据车桥耦合振动理论和间接测量法原理,对车辆驶过桥梁的过程进行数值模拟试验研究,对车体加速度时程响应进行快速傅里叶变换、带通滤波处理、希尔伯特变换,得到桥梁的一阶识别位移振型,利用位移振型的曲率识别桥梁...     

车辆行驶速度对连续刚构桥动力特性影响分析

文以某连续刚构桥为工程背景,在不同类型车辆以不同车速通过桥面时,对结构进行动力特性分析。利用有限元软件Midas/Civil 2015建立结构动力分析模型,并进行模态分析得到该桥固有频率和振型,通过时程分析,得出该桥在移动荷载作用下跨中位置的动力响应,包括位移、速度和加速度。根据结构的动力响应和对比车辆行驶速度对结构动力响应的影响得到如下结论:当车辆速度相同时,随着移动荷载轴重的增加,位移和加速度响应也相应增大。三种不同轴重车型以不同速度在桥面上行驶时位移、速度及加速度响应均出现了两个波峰,并非是车辆速度越大,动力响应就越大,这为该类桥梁设计和动力性能研究提供参考。     

车桥耦合与EMD在桥梁损伤识别中的应用

采用简化的车桥耦合振动数值模型，运用桥梁运动方程、车辆的平衡方程结合Newmark积分法进行迭代求解，获取车辆匀速过桥时桥梁动态加速度时程响应，并使用EMD对各工况信号进行分解得到IMF分量，以各阶分量的最大幅值作为损伤特征参数进行损伤识别。通过数值模型试验验证了该方法的有效性。     

基于车-桥耦合振动的公路简支梁桥动力分析

车桥耦合振动下,车辆动载作用于公路桥梁引发桥体振动,桥体的振动反过来影响车辆的振动。本文通过对车辆动载体系进行模拟简化,建立阻尼、弹簧和质量块组合体系仿真模拟车辆,利用车桥间的相互作用力将仿真体系与有限元简支桥梁模型进行耦合,得出了车-桥耦合系统的动力学方程组;采取Wilson-θ逐步积分法,对车-桥耦合动力方程组进行求解,并得出车-桥耦合振动系统的时程响应,通过已有经验对其进行类比评价,结果表明：该算法与已有算法结果吻合：利用该算法对简支梁的车-桥耦合相关影响因素进行了计算分析。     

城市立交匝道的车-桥耦合振动响应分析

依托工程实例,建立匝道车-桥耦合系统振动分析的数值仿真模型。利用大型通用软件ANSYS建立桥梁的动力模型,进行匝道的结构动力特性分析。通过对作用于匝道的车辆荷载进行具体分析,并依据车-桥耦合振动理论建立三维车桥计算模型,考虑双轴车辆的轴距、行车速度、车-桥质量比对桥梁振动响应的影响,针对不同车型、不同的自振频率,导致不同的激励频率。分析表明:采用双轴车辆模型研究车-桥耦合系统的振动更安全、可靠,能真实、有效地分析车耦桥合系统间的振动,反映耦合系统振动的实际情况,揭示车-桥耦合系统振动的实质。     

间接测量法在盾构隧道模态识别中的应用研究

为了快速、经济且准确地实现盾构隧道的健康监测，将桥梁健康监测的间接测量法应用于盾构隧道结构中，在推导了移动车辆-盾构隧道耦合振动作用下车辆加速度响应解析解的基础上，分析了考虑阻尼影响的盾构隧道振型间接识别方法，从理论上证明了间接测量法在盾构隧道模态识别中应用的可行性。通过实验室试验验证盾构隧道频率间接识别方法，试验结果表明，采用间接测量法与直接测量法测试得到的盾构隧道频率接近，误差为2.8%。同时，通过数值算例验证了基于间接测量法的盾构隧道频率、振型、阻尼比识别方法，并分析车辆速度、车辆阻尼、盾构隧道阻尼等参数对盾构隧道模态间接识别结果的影响。分析结果发现：车速对频率间接识别的影响较小，而过低的车速会导致振型无法识别，应选择5 m/s以上的车速；车辆阻尼大小对振型间接识别的影响较小，而增大车辆阻尼有利于频率间接识别；盾构隧道阻尼的增大不利于频率和振型的间接识别。     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明:设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

环境振动下的钢管混凝土拱桥试验与分析

环境振动试验是检测大型桥梁结构的主要方法,检测得到的模态参数是判定桥梁健康状况的重要依据.本文基于随机振动理论,从雁滩黄河大桥在环境激励下获得的加速度测试信号中提取高信噪比的响应信号,采用频域峰值法和时域随机子空间法识别得到了该桥的固有频率、阻尼比和振型等模态参数,并与有限元模型计算结果进行了对比,验证了识别结果的可靠...     

基于一阶振型参与系数等效的减隔震桥梁地震反应简化分析方法

为了提高减隔震桥梁简化体系的精度,提出了基于一阶振型参与系数等效的简化方法,采用双自由度体系来模拟桥墩,保证简化前后桥墩结构的一阶振型质量、一阶振型刚度和一阶振型参与系数一致。为了说明该方法的合理性,分析了不同简化方法得到的减隔震桥梁前两阶动力特性,并采用非线性时程分析方法,对比了不同墩高下该方法与其他简化方法的响应误差。结果表明:相比其他简化方法,本文提出的简化方法前两阶动力特性与原结构更接近,且地震响应误差更小。     

波形钢腹板连续梁桥的车辆荷载动态响应分析

结合工程实际,选取三角形曲线作为车辆荷载的简化时程曲线,进而研究在10~70 km/h范围内不同车速作用下波形钢腹板连续梁桥的动态响应。通过分析研究得出:车辆荷载的冲击系数随车速的增大而增大;10~70 km/h车速下桥梁结构主要以竖向一阶振动为主,振幅随车速增大而增大,且随车速的增大,桥梁结构振动阶次逐渐减少。     

Dynamics of wind-rail vehicle-bridge systems

An analytical model for dynamics of wind-vehicle-bridge (WVB) systems is presented in this paper in the time domain with wind, rail vehicles and bridge modeled as a coupled vibration system. The analytical model considers many special issues in a WVB system, which include fluid-solid interaction between wind and bridge, solid contact between vehicles and bridge, stochastic wind excitation on vehicles and bridge, time dependence of the system due to vehicle movement, and effect of bridge deck on vehicle wind load and vice versa. The models of wind, vehicles and bridge are presented with wind velocity fluctuations simulated using the simplified spectral representation method, with vehicles modeled as mass-spring-damper systems, and with bridge represented by a finite element model. The interactions between wind and bridge are similar to those considered in conventional buffeting analysis for long span bridges. In considering difficulties in measuring aerodynamic coefficients of moving vehicles on bridge deck, the cosine rule is adopted for the aerodynamic coefficients of moving vehicles to consider yaw angle effect, and expressions of wind forces on moving vehicles are then derived for engineering application. To include mutual effects of wind loads, aerodynamic parameters of vehicles and bridge deck are measured, respectively, using a composite section model test and a specially designed test device. The dynamic interaction between vehicle and bridge depends on both geometric and mechanical relationships between wheels of vehicles and rails on the bridge deck. The equations of motion of the coupled WVB system are derived and solved with a nonlinear iterative procedure. A cable-stayed bridge in China is finally selected as a numerical example to demonstrate dynamic interaction of the WVB system. The results show the validity of the present model as well as wind effects on the rail vehicles and the bridge.     

钢筋混凝土加劲桁梁式悬索桥车桥耦合振动特性分析

通过建立车桥耦合振动模型,对一座钢筋混凝土加劲桁梁式悬索桥的车桥耦合振动特性进行了分析。现场试验和理论分析结果表明,钢筋混凝土桁架式悬索桥桥面加速度随车速、局部高差、轮胎刚度的增大而迅速增大,随路面等级的降低而增大,并存在一个最优悬架刚度,使得桥面加速度响应取得较小值;而位移放大系数仅对重车和低等级桥面敏感。研究结果为钢筋混凝土桁架式悬索桥的车辆通行及日常养护提供了参考。     

下承式钢管混凝土系杆拱桥的冲击系数研究

以泰兴滨江大桥为例,根据下承式钢管混凝土系杆拱桥的结构特点,采用大型通用有限元软件ANSYS对该桥进行有限元离散。采用梁单元beam4模拟钢管混凝土拱肋（内部混凝土及外部钢管）、系杆及横梁等构件,用杆单元Iinks模拟吊杆,用壳单元she1163模拟桥面铺装层,用实体单元solid45模拟桥面系的预制空心板部分,建立了系杆拱桥的空间计算的有限元模型,进行模态分析,得到各阶自振频率及振型。建立四分之一车辆模型作用下的拱桥车桥耦合振动模型,并利用MATLAB语言编制程序,分析了移动车辆荷载作用下下承式钢管混凝土系杆拱桥的响应,系统地得到了该桥在不同车速,不同车道,不同阻尼,不同路况的振动响应等力学性能。本文所得出的主要结论和有关研究成果可为大跨度钢管混凝土系杆拱桥设计时的冲击系数取值,研究车辆对系杆拱桥的冲击性能和后期桥梁养护确定荷载效应分析提供参考。     

风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究

为了考虑侧风引起的车轮相对于桥面的侧向相对滑动,在车轮与桥面之间引入了一个特殊阻尼器,这个阻尼器的阻尼系数依赖于车辆与桥梁的竖向耦合运动。在综合考虑路面粗糙度、车辆悬挂系统以及车轮相对于桥面侧向相对滑动的基础上,提出能够考虑桥梁的静风响应、抖振响应、汽车-桥梁耦合振动、系统的时变特性以及结构几何非线性和气动荷载非线性影响的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动分析模型,编制了相应的分析程序。该程序既可以预测不同路面粗糙度,车速以及干、湿、雪、冰路面状况下行驶于桥梁上车辆的行车安全性,也可以评价低风速下车辆驾驶舒适度以及侧风和车辆移动荷载对桥梁振动的影响。     

考虑桥面板振动的桥梁结构低频噪声分析

桥梁结构在车辆的动力作用下,将产生振动并辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康有很大的危害.针对这一问题,提出了一种基于桥面板振动的桥梁低频噪声预测方法,主要包括考虑桥面板振动的车桥耦合振动、桥面板辐射声波以及空气波传播分析.以一座辐射低频噪声较强的钢桥为对象,分别采用基于桥面板振动和基于梁格振动的方法计算了结构振动与噪...     

行人-结构竖向动力耦合效应试验研究

对于轻质大跨度钢桥结构,行人-结构之间的相互作用会使结构动力特性和行人荷载特性发生改变。为此,针对行人-结构竖向动力耦合效应对结构动力参数和行人荷载动载因子的影响进行试验研究。通过测试行人在8种不同步行频率下行走时结构的动力响应,得到60人次554组有效加速度响应时程,进行运行模态分析;利用无线六轴蓝牙加速度传感器,分别在刚性地面和柔性桥面上开展了3种不同步行频率下行走激励的动力特性试验,得到了60人次1200条有效加速度时程,并对其进行傅里叶变换。结果表明：考虑行人-结构竖向动力耦合效应,人行桥自振频率略有减小,阻尼比显著增加,且随着同步行走人数的增加,结构频率及阻尼比变化率逐渐减小。由于桥梁自振力的存在,行人荷载作用于刚性地面上的动载因子(dynamic load factor,DLF)大于柔性地面上的,试验结果表明,相较于刚性地面,行人在柔性桥面上行走时的第一阶动载因子减小14.7%。给出了刚性地面和柔性桥面前四阶行人荷载动载因子拟合公式,其可为柔性结构下考虑行人 结构相互作用的生物力模型的建立提供参考。     

曲线连续梁桥在车辆制动作用下的动力响应

以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥,选用典型的三轴空间车辆模型,采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数,研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明:车辆制动时,主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减,但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果,且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时,挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况,同时,当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时,车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大,桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小,而剪力冲击系数逐渐增大;弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果,紧急制动易于加剧桥梁的振动。     

Testing and long-term monitoring of a curved concrete box girder bridge

Capital investment in national infrastructure is significant. The need to maintain and protect critical infrastructure links has led in recent years to significant developments in the area of structural health monitoring. The objective is to track a structure’s long-term performance, typically using sensors, and to successively compare the most recently measured responses with prior response history. During construction of the West Street On-Ramp, a curved concrete box girder bridge, located in the city of Anaheim (California), eleven accelerometers were permanently installed on its bridge deck. The associated data acquisition system was configured to record once a specified threshold acceleration response was exceeded; during the period 2002-2010 a total of 1350 datasets including six earthquakes, for each of the eleven sensors, were acquired. This automatically acquired data was supplemented, during the summer of 2009, with responses measured during controlled vehicle tests. Six accelerometers were additionally installed on the frame of the weighed test vehicle. This paper presents the findings of the analyses of these measured data sets and serves to inform owners and managers as to the potential feedback from their instrumentation investment. All response histories were analyzed using frequency domain techniques for system identification. Extraction of the modal characteristics revealed a continuous reduction, of approximately 5%, in the first three natural frequencies over the period of the study. The measured responses from the vehicle sensors are discussed in the context of identifying the potential for bridge frequency measurement using instrumented vehicles.     

Identification of parameters of vehicles moving on bridges

This paper presents a method for identifying the parameters of vehicles moving on bridges. Two vehicle models, a single-degree-of-freedom model and a full-scale vehicle model, are used. The vehicle–bridge coupling equations are established by combining the equations of motion of both the bridge and the vehicle using the displacement relationship and the interaction force relationship at the contact point. Bridge responses including displacement, acceleration, and strain are used in the identification process. The parameters of vehicles moving on the bridge are then identified by optimizing an objective function, which is built up using the residual between the measured response time history and predicted response time history using the Genetic Algorithm. A series of case studies have been carried out and the identified results demonstrate that the proposed method is able to identify vehicle parameters very accurately. Field tests have also been performed on an existing bridge in Louisiana, and the parameters of a real truck are predicted. Since it is able to identify the parameters of moving vehicles, the methodology can be applied to improve the current weigh-in-motion techniques that usually require a smooth road surface and slow vehicle movement to minimize the dynamic effects. The methodology can also be implemented in routine traffic monitoring and control.     

深圳北站东西广场联系人行天桥舒适度分析

该广场联系人行天桥位于深圳火车北站站房北侧,联系北站东、西广场。本文针对联系人行天桥大跨度桥面的振动舒适度问题,建立天桥的整体有限元模型,以IABSE建议的单人步行激励为基础,人行步频1.6Hz～2.4Hz之间,考虑行人起步相位随机分布,通过多点输入时程分析方法求得结构的加速度响应。据此,对该天桥进行了人行走舒适度分析,并参考ATC给出了天桥的人行舒适度性能水准。分析研究表明,该天桥具有适宜的人行舒适度,结构设计对结构响应较大处进行了针对性的加强,可更有效地提高舒适度。所采用的计算分析方法及天桥人行舒适度性能水准对同类型大跨天桥结构设计具有一定的参考价值。