考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析

侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明：车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。     

大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究

将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,基于风-车-桥系统空间耦合分析模型,以一大跨度公轨两用悬索桥为例,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应,讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响;同时,基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标,对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析,得出了该悬索桥的抗风行车准则:当风速小于20m/s时,车速可达设计车速80km/h;当风速介于20m/s和25m/s之间时,车速不能大于60km/h;当风速大于25m/s时,应封闭轨道交通。     

侧风下桥上超车车辆的动力响应及行车安全性研究

大跨度桥梁上行驶的车辆极易遭受侧风的影响。车辆在桥上超车时,因临近车辆之间的气动干扰易引发车辆气动荷载的突变,这将严重影响车辆的行车安全性。通过节段模型风洞试验,以大型集装箱挂车和厢式货车为例,测试了两种车辆布局形式下车辆在超车过程中的气动荷载特性。考虑瞬态气动荷载突变效应对车辆动力响应的影响,建立了较为完善的风-车-桥耦合振动分析框架。分析了不同车辆布局、风速和车速等因素对超车车辆动力响应特性的影响,采用无量纲荷载转移率(LTR)和侧滑安全因子(SSF)重点考察了侧风下超车车辆的行车安全性问题。研究结果表明：超车车辆之间气动干扰使得背风侧车辆气动荷载在超车过程中出现了大幅的剧烈波动;随着风速和车速的提高,车辆的LTR和SSF逐渐呈现出非线性的增长趋势。车辆的行车安全性与车型密切相关,厢式货车更容易发生侧翻事故,而大拖挂车更容易发生侧滑事故。     

车桥系统耦合振动分析的数值解法

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统，采用分离的车辆和桥梁运动方程，提出了车桥系统耦合振动分析的数值解法，该法以车轮与桥面钢轨之间位移协调作为收敛条件，在每一时间步长内运用了Newmark-β积分格式。并运用所编制的程序对京沪高速铁路南京越江桥三塔PC箱钢桁叠合主梁斜拉桥方案的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明了本文方法的可靠性与有效性。     

竖向涡激振动对大跨度城市轨道专用桥行车性能的影响研究

城市轨道交通桥梁发生涡激振动时不仅会影响行车安全,还有可能造成不良的社会影响。建立了考虑涡激振动和轨道几何不平顺影响的风-车-桥系统耦合振动分析模型,以某大跨度城市轨道交通自锚式悬索桥为背景,分析了轨道几何不平顺、列车入桥时刻、列车车速、涡激振动振幅及阶次等因素对行车性能的影响。将涡激振动条件下的列车-桥梁垂向系统简化为单自由度模型,推导了车辆加速度响应与涡激振动幅值间的关系式,给出了该桥涡激振动限值的计算公式。结果表明,当列车在桥梁涡激振动条件下上桥时,列车响应总体上随车速、桥梁振动阶次和涡激振动振幅的增加而增加,轨道几何不平顺随机性和列车入桥时刻对列车响应也有一定的影响,总体而言,桥梁竖向涡激振动对列车的行车舒适性影响大。推导的关系式考虑了车辆性能,计算结果与风-车-桥系统耦合振动分析结果基本吻合,可为桥梁涡激振动限值研究提供参考。     

冰-车-桥系统耦合振动分析

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明：桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。     

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。     

大跨度柔性斜拉-悬索体系风-车-线路耦合振动研究

针对斜拉-悬索体系跨度大、刚度小以及对风和车辆作用较为敏感的特点,以一待建空中客车系统为工程背景,在分析风、车、线路三者相互作用的基础上,建立了风-车-线路非线性空间耦合分析模型。对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,通过风荷载和车辆荷载的自动加载,实现车辆运行全过程的仿真模拟,从而得到车辆和斜拉-悬索体系的动力响应。实例分析结果表明,斜拉-悬索体系中斜拉索的位置和刚度对车辆的竖向加速度响应有显著的影响。研究结论为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供了依据。     

大跨度四线铁路桥梁车桥耦合建模与振动分析

以某四线大桥为背景,由实测结构模态参数结合设计相关资料,建立了桥梁基准有限元模型。然后基于此模型,由轮轨法向刚性接触关系,采用模态叠加法建立了车-桥整体系统运动方程,并结合实桥通车实验和数值计算进行对比分析,验证了模型的正确性。最后,开展了多种工况下的车辆-桥梁耦合振动分析计算,对桥梁和车辆的动力响应以及列车运行安全性和平稳性进行了分析评价,得出了一些有工程意义的结论。     

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。     

矩形平面投影气膜结构风振响应特性及风振系数研究

近年来,矩形平面投影气膜结构被广泛应用于大跨度气膜煤仓等设施中,但是规范中尚无该类结构的风振系数.本文通过风洞测压试验,测量了典型矢跨比矩形平面投影气膜结构的风荷载;运用非线性动力时程分析法分析了结构的风振响应.研究了风速、风向、跨度、矢跨比和内压等参数对结构变形和响应极值的影响.结果表明:结构呈现迎风面及背风面凹陷、顶部和两侧向外凸的平均变形特征;极值响应的分布受结构参数和风向角的影响;响应的大小与跨度和矢跨比呈正相关;增大内压在一定程度上可以提高结构的抗风性,内压调控区间建议为400～500 Pa;给出了可供抗风设计参考的位移风振系数及应力风振系数.     

风致静力扭角对桥梁颤振性能影响的节段模型试验研究

自由振动试验识别得到的气动参数已包含了一定的、但与实桥不严格相似的风致静力扭角的影响.为了在颤振分析中能精确考虑风致静力扭角的影响,首先必须消除节段模型试验中风致静力扭角对气动导数识别结果的影响.通过在试验过程中使节段模型作受控反向旋转可以消除平均风附加攻角,然后以象山港大桥为背景,将消除平均风附加攻角后的试验结果与常规试验结果相比较,对风致静力扭角对节段模型系统的阻尼比、气动导数和临界风速的影响进行了初步讨论.研究结果表明:风致静力扭角对模型扭转阻尼比和与扭转有关的气动导数有明显的影响.象山港大桥节段模型在+3°攻角发生颤振时风致静力扭角约为0.32°,攻角修正以后节段模型颤振临界风速识别结果提高了7%.     

风速风向联合分布对结构风致疲劳寿命可靠性的影响

在进行结构风振疲劳寿命可靠性分析时,需要先求得建筑结构所在位置处的风速风向联合分布函数。本文首先对建筑结构附近两个气象站的气象资料进行统计分析,得到建筑结构位置处两个不同的风速风向联合分布函数,然后分析了不同的风速风向联合分布函数对一实际结构系统风振疲劳主要失效模式以及结构系统风振疲劳失效概率的影响。本文分析表明：用不同的风速风向联合分布函数计算风振疲劳寿命时会得到不同数目的主要失效模式,并且对结构系统的风振疲劳失效概率影响较大。     

考虑风向风速联合分布的输电塔线体系风振疲劳研究

输电塔线体系属于风敏感结构体系,在结构设计和实际工作中风荷载均起控制作用。然而,在风荷载计算以及工程研究领域中对风向风速的处理至关重要,但因两者之间的相关性导致了建立联合分布模型的困难。为此,该文基于乘法定理以重庆市日极值风速为对象,建立了风速条件概率密度的混合模型,改善了单一概率分布模型的不足。与此同时,根据风向方位记录数据建立了风向角的概率密度函数模型,并结合风速条件概率密度的混合模型,给出了风向风速的离散-连续混合联合分布模型。然后,将风向风速联合分布模型与Miner线性疲劳累积损伤理论相结合,推导出了输电塔的风振疲劳计算方法。最后,采用此建议算法对特高压输电塔线结构体系进行了风振疲劳分析,有效地考虑了风向风速对输电塔体风振疲劳的影响,减少了计算量,提高了结构分析的计算效率。     

考虑尾流效应的新月形覆冰四分裂输电线舞动稳定性

针对新月形覆冰四分裂输电线各子导线气动参数不同的问题提出一种考虑尾流影响的临界风速计算方法.基于拟静态理论得到覆冰四分裂输电线的气动载荷,建立等效的3自由度覆冰四分裂输电线力学舞动模型.在初始风攻角处将气动系数泰勒展开.新月型覆冰四分裂导线的空气动力系数由风洞模拟试验测得.根据理论公式,使用MATLAB进行编程计算临界...     

核电百万千瓦级汽轮发电机轴系振动模拟试验研究

本文以独特的、自行设计的支承刚度可变的多功能模拟轴系为具体的研究对象，对百万千瓦级汽轮发电机组的动力特性进行分析，分析不同支承方式引起轴第临界转速的变化，不同支承刚度对轴系振动的影响；轴系扬度曲线对轴系临界转速的影响，以及不对中安装对轴系振动的影响。     

几种典型车辆在斜拉桥桥面行使的临界风速研究

研究强侧风作用下三种典型汽车在斜拉桥桥面行驶时的临界风速和车速。分析汽车运动方程的随动坐标特性和桥梁的侧向抖振对汽车相对桥面侧偏的影响,得到侧偏位移及速率的计算式,在以往基础上,研究了考虑车辆侧偏和驾驶员行为的风-车-桥空间耦合振动系统,完善了仿真分析程序的功能。以某斜拉桥为实例,分析三种典型车辆在桥面行使的临界风速。分析结果表明：采用控制重心还是前轮侧滑的驾驶员模型不显著影响桥面汽车临界风速的大小;不同类型汽车的事故原因可能不同,对于箱式货车,侧滑事故起控制作用,对于桑塔纳和一汽佳宝,车速高时,侧倾事故起控制作用,低车速时,侧滑事故起控制作用。