随机车流下的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究

在交通荷载观测及统计分析的基础上,获得交通状况的代表性数据,对记录的车型、车重、车距和车速进行统计,在此基础上进行随机车流模拟,编制随机车流模拟程序RTF(Random Traffic Flow),程序中首次全面引入车型、车重、车距和车速4个参数;建立可以考虑任意车辆数目、不同车道以及车辆相向行驶功能的随机车流下的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动分析框架,编制相应的分析模块RTFWVB(Wind-Vehicle-Bridge system analvsis).以杭州湾跨海大桥为工程实例,详细研究密集、稀疏运营状态,车流单向、相向行驶以及侧风与车辆移动荷载对桥梁关键部位动力响应的影响.分析表明:密集运营状态下桥梁动力响应明显大于一般运营状态下的相应值;车流方向对桥梁振动影响不大;密集运营状态下车辆移动荷载主要决定桥梁动力响应的均值,而侧风主要影响桥梁动力响应的脉动部分,风速越大波动越显著.     

跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动研究

基于大系统的思想,建立车-桥-风浪流耦合动力系统,包括车辆子系统、桥梁子系统和风浪流耦合场子系统。根据各子系统之间的相互作用力以及车辆子系统与桥梁子系统之间的位移协调关系,建立车-桥-风浪流耦合动力系统的运动方程,并基于分离迭代法提出了车-桥-风浪流耦合动力系统动态响应的求解流程,从而建立跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合动力系统的振动分析方法。以某跨海公铁两用斜拉桥方案为对象进行研究,结果表明：风浪流耦合场同时激励车辆和桥梁的主梁、桥塔及水中基础,与风场单独作用相比,风浪流耦合场能够激发桥梁产生更大幅度的横向和扭转振动,恶化列车运行安全性指标,桥梁主梁在主跨跨中处的横向位移、横向加速度、扭转位移、扭转加速度的均方根分别增大0.8%、23.1%、4.9%和0.5%,在边塔处的相应均方根分别增大204.9%、167.0%、198.7%和314.7%;列车车体加速度、轮轨横向力和轮重减载率分别增大60.9%、7.2%和6.6%。因此,对于跨海公铁两用桥梁,需合理考虑风浪流耦合作用,仅考虑风场单独作用将高估桥梁结构和列车行车的安全性。     

车-桥耦合系统迭代解法研究

在已有车-桥耦合研究的基础上,推导了车-桥耦合系统的迭代解法.建立了车-桥系统模型,利用ANSYS软件分析单自由度质弹系统车辆模型在通过简支梁桥时桥梁的动力响应.用无量纲参数分析了在车-桥相互作用下,桥梁的位移响应与常力过桥时桥梁位移响应之间的差异.计算结果表明,迭代解法可方便求解车辆桥梁相互作用下,车-桥耦合系统的动力响应,其计算结果与相关文献结果较为一致.     

基于风-车-桥(线)耦合振动的风屏障防风效果研究

为考察风屏障的防风效果,通过风洞试验测试平地路基、高路堤、桥梁三种典型线路上设置不同风屏障情况下车辆的气动力系数,采用风-车-桥(线)耦合振动的分析方法研究车辆的动态响应,讨论风屏障高度、车辆线路位置及线路构造形式等因素的影响。结果表明,风屏障可有效地降低强风作用下车辆的响应,平地路基上设置2.05m风屏障时,车辆运行的瞬时临界风速可达50m/s;车辆的轮重减载率、倾覆系数及竖向加速度对车辆线路位置较为敏感;线路构造形式对背风侧车辆响应影响较大,风屏障高度相同时,高路堤上的防风效果较好。     

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。     

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。     

实际车辆荷载作用下的预应力混凝土连续梁桥动力响应分析及验证

以一座三跨单箱单室预应力混凝土连续箱梁桥为对象,利用车辆-桥梁耦合振动关系建立单梁车辆、桥梁运动微分方程,通过二者变形协调、相互作用力协调关系实现车辆-桥梁的耦合关系;修正了自编的桥梁动力响应计算程序,通过建立在桥梁上的高速弯板称重系统实现对实际过桥交通荷载的识别,并将识别出的实际车辆荷载信息输入已建立的桥梁动力响应计算程序,快速计算出在实际车辆荷载作用下的桥梁动力响应,并利用ANSYS软件进行静力验证,用实际过桥车流产生的动应变进行动力验证。     

上海长江大桥风-轨道车辆-桥耦合振动及抗风行车准则研究

为确定上海长江大桥轨道交通车辆的抗风行车准则,将风、车、桥三者视为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,通过风洞试验测定主梁及车辆的气动参数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS进行风-车-桥耦合动力分析计算。计算结果表明:桥梁和车辆的响应随风速的增大而增大,风荷载对行车的安全性和舒适性有很大影响。当风速小于20m/s时,车辆可按设计车速90km/h运行;当风速在20～30m/s之间时,车速不应大于60km/h;当风速超过30m/s时,应封闭轨道交通。     

双车交会过程的风-车-桥耦合振动研究

侧向风作用下,双车交会过程中车辆和桥梁的风荷载会发生突变。以大跨度悬索桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试不同状态车辆和桥梁各自的气动力系数。针对强风作用下双车交会过程,通过风-车-桥耦合振动分析,对比分析双车交会情况下车辆和桥梁的响应,讨论双车间距、风速、车速等因素的影响。研究表明双车交会时背风侧车辆风荷载突变使车辆的横向响应显著增大。     

车辆模型对车桥耦合振动影响分析

车桥振动问题是车辆和桥梁两个动力系统耦合振动的问题,为把握桥梁结构动力响应特性,须研究不同车辆模型对桥梁结构动力响应的影响。本文基于车桥耦合振动原理,采用Matlab语言编制了车桥耦合振动专用程序。采用该程序对一座简支梁桥的动力响应进行了分析,对不同车辆模型作用下的计算结果进行了比较,结果表明不同车辆模型对桥梁的动力响应存在差异,且对不同动力响应的影响程度也不同。     

国内悬索桥主缆钢丝涂装防护技术进展

简要分析悬索桥主缆的腐蚀环境与类型,对悬索桥主缆钢丝涂装防护涂层进行研究,分析国内传统悬索桥主缆钢丝的涂装防护技术,并介绍两种新型悬索桥主缆钢丝涂装防护技术进展.     

风对悬索的作用引起的悬索桥桥面振动

提出了将悬索的作用考虑在内的悬索桥竖扭耦合颤抖振基本方程 ,以金门大桥为算例 ,分析了悬索对悬索桥风振的影响     

悬索桥主缆腐蚀防护研究

主缆是悬索桥最重要的承重构件,且无法更换。主缆钢丝的材料特性、主缆的应力状态以及主缆的使用环境等因素影响主缆腐蚀。传统的悬索桥主缆腐蚀防护技术具有一定的效果,但也存在弊端,对其进行改进、应用新材料和新技术对主缆进行防护,将更加有效地对悬索桥主缆起到保护效应,保证桥梁的安全,延长其使用寿命。     

悬索桥施工阶段全过程动力特性分析

在悬索桥施工过程中,随着主梁拼装长度的增加,对悬索桥固有动力特性影响较大的主缆拉力和形状也不断变化。因此在对悬索桥作施工全过程动力特性分析之前,必须首先计算各状态的主缆轴力和几何形状。本文编制了用于悬索体系非线性静力分析的有限元程序ＳＵＳＣＡＢ,并以广东虎门珠江大桥为工程背景,给出了悬索桥施工全过程动力特性分析的基本步骤,讨论了整个施工过程中结构固有动力特性的演变情况和主梁抗扭刚度的不同取值对结构扭频的影响。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。     

中小跨径悬索桥主缆线形简化计算方法研究

悬索桥主缆线形的计算在悬索桥设计与施工控制中具有十分重要的意义,针对精确的计算理论在有限元迭代计算中难以收敛和耗费大量计算时间的缺点,考虑到中小跨径悬索桥的小垂度主缆的特点,给出不同重力刚度下索单元与梁单元相互转化的理论依据,从理论上保证了在主缆线形计算中采用梁单元模拟主缆的可行性;介绍了梁单元几何非线性计算的基本原理与基本方法,并通过固镇县浍河二桥主缆线形计算验证了方法的可靠性。实际计算结果表明,对于中小跨径悬索桥主缆线形所采用的这种简化计算方法,具有计算速度快、算法稳定、易于收敛的优点。     

大跨悬索管道桥的动力特性分析

以某输油管道桥的设计方案为背景,讨论了该悬索桥的动力特性以及传输介质质量、主缆间的交叉网和水平索系与水平面的夹角对悬索管道桥动力特性的影响。研究表明:大跨度悬索结构由于柔度较大,频率分布较为密集,控制结构振动响应的一阶竖向弯曲和横向弯曲频率的数值都较低,传输介质的计入较大地降低了结构的各阶频率,两条主缆间添加轻质高强交叉网后,结构的扭转刚度得到显著提高,不同水平索系与水平面的夹角影响竖弯和侧弯基频,对扭转刚度影响不大。     

列车荷载作用下铁路斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥的索-梁相关振动,基于拉索非线性振动理论,开发了有限元索动力单元,该单元在静力计算中为普通直杆单元,动力特性计算中可以计算拉索局部自振频率,动力时程计算中可以计算拉索非线性振动与整体结构振动的相互作用;编制了计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥有限元模型,同时使用索动力单元模拟斜拉索,最后研究了列车通过斜拉桥时梁、塔的带动下拉索发生索-梁相关振动的特性。结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥,列车在设计速度范围内通过桥梁时索-梁相关振动不会导致拉索产生大幅振动。     

自锚式悬索桥主缆架设施工技术

江阴市新沟河大桥主桥为双索面钢筋混凝土自锚式悬索桥,主梁采用5跨连续预应力钢筋混凝土加劲梁形式。作为自锚式悬索桥,其施工工艺为先梁后缆,将主缆锚固于成型的主梁上,利用主梁来抵抗水平轴力;而主缆则通过吊索传递、承担着桥梁上部结构的全部恒载和使用期的全部活载。由于主缆架设线形对悬索桥结构的几何形状有着强烈的敏感性,其架设线...     

多动力作用下高速铁路轨道-桥梁结构体系动力学及关键技术研究

摘要： 针对多动力（列车、地震、侧风）作用下高速列车-轨道-桥梁系统动力学理论与关键技术存在的诸多技术疑难,持续开展了高速铁路轨道-桥梁结构体系模型试验、现场测试、理论分析与数值仿真,提出基于概率密度演化理论的多动力作用下轨道-桥梁系统随机振动分析方法和基于可靠度理论的桥上行车安全评定方法,研发了高速铁路轨道-桥梁系统试验平台和成套试验技术,提出高速铁路轨道-桥梁系统抗震设防和防风设计理念和评估方法,并研发了抗震防风及减灾技术,研究成果已在高速铁路轨道-桥梁结构体系设计与运营维护中推广应用。