某大跨拱桥车桥耦合振动及行人舒适度分析

以某大跨度飞燕式钢管混凝土拱桥为研究对象,采用车桥耦合振动计算软件VBC,对桥梁结构在车辆作用下的动力响应情况进行分析,并对桥上行人舒适度做出评价。结果表明,密集流作用下桥梁振动最剧烈,拥挤流作用下桥梁振动响应次之,阻塞流作用下桥梁振动响应最小;自由流作用下该桥振动响应峰值存在明显间隔,且峰值响应较大,表明该桥对车致振动敏感,该桥人行道上行人舒适度评价结果为没有不舒适。     

基于车桥耦合钢管混凝土拱桥车辆的冲击系数

利用ANSYS建立某下承式钢管混凝土拱桥有限元模型。编写基于三轴车辆作用下车桥耦合振动程序,数值模拟车桥相互作用响应,分析车速、路面粗糙度2个因素对主梁1/4跨及跨中处的冲击系数影响。同时使用DHDAS动态信号采集分析系统现场测试该桥,分析车辆以不同行车速度过桥时主梁跨中处的振动响应。研究表明:数值分析结果与实测结果吻合较好;车速在某一范围内车辆冲击系数要大于规范值;路面不平顺相对于行车速度对桥梁振动影响更加明显。     

预应力混凝土连续梁桥结构动力特性分析

为研究车辆荷载对预应力混凝土连续梁桥桥梁动力特性的影响,利用有限元软件建立车桥耦合模型,分析车辆速度、车辆载重对预应力混凝土连续梁桥跨中截面位移和动力冲击系数的影响。研究结果表明：车辆速度和车辆载重均会对桥梁动力特性产生影响,车辆速度与桥梁动力特性间没有明显线性关系,车辆速度增大,跨中截面位移先减小后增大,桥梁冲击系数则先增大后减小;车辆载重增大,跨中截面位移和桥梁冲击系数则线性减小。研究成果可为多工况车辆荷载作用下桥梁动力特性研究提供一定参考。     

移动车辆荷载作用下梁桥的冲击系数研究

采用无限自由度弹簧质量模型对梁桥在移动车辆荷载作用下的冲击系数问题进行了研究.分析了不同车速、不同跨径情况下移动车辆荷载对简支梁桥动力特性的影响,揭示了梁桥在移动车辆荷载作用下冲击系数的变化规律.     

车辆悬架非线性对不平整桥面桥梁耦合振动的影响

针对悬架车辆与桥梁的非线性耦合作用,提出一种新的四自由度非线性悬架半车模型的振动微分方程;采用基于威尔逊-θ法开发的微分方程求解程序求解车辆振动响应;利用有限元方法,得出了不同桥面不平度桥梁在不同车速作用下的挠度动态响应规律。数值分析表明:车辆悬架系统的特性对桥梁动荷载系数影响较大,在文中设定的非线性悬架参数车辆作用下,考虑车辆的非线性悬架系统使得简支梁的动荷载系数显著减小;连续梁的动荷载系数普遍大于相应车速下线性悬架车辆作用下的动荷载系数,尤其在桥面状况较差且货车通常运行的低速时较明显,非线性悬架系统车辆会加剧连续梁耦合振动。     

汽车-连续梁桥-列车耦合振动及行车舒适性研究

为研究车速、车辆编组及轨道不平顺等因素对汽车-桥梁-列车耦合系统的影响,本文以滨州黄河公铁两用桥梁为例,利用ANSYS软件,建立桥梁有限元模型及汽车和列车的多刚体模型,通过约束方程,将3个子系统进行耦合,得到了轨道不平顺、车速和车辆编组对桥梁动力位移和行车舒适性的影响。研究结果表明,增加桥梁结构阻尼,可以有效地减小汽车与列车间的相互影响;桥梁的结构位移主要与跨度和列车编组有关,与车速和轨道不平顺几乎无关;轨道不平顺对行车的舒适性影响非常大。该研究对行车舒适性具有重要意义。     

基于实测响应的斜拉人行桥人致振动舒适度研究

研究了大跨轻柔斜拉人行桥人致振动舒适度问题。基于有限元方法建立了某大跨度斜拉人行桥的分析模型并进行了动力特性分析;进行了该桥在环境脉动激励作用下的动力特性实测和不同人行荷载作用下的动力响应测试;依据英国规范BS5400评价了该桥的振动舒适度状况。结果表明,该桥在人行荷载作用下存在较为显著的振动响应和一定程度的振动舒适度问题。     

钢-混组合梁桥车桥耦合竖向振动分析

针对车桥耦合作用下钢-混组合梁桥竖向振动响应及冲击效应问题,运用ANSYS软件建立有限元模型,基于分离迭代法编写车桥耦合振动求解程序,采用Newmark-β法求得不同因素下钢-混组合梁桥边跨跨中竖向位移响应并据此评价行人舒适度.结果表明：车速变化对钢-混组合梁桥竖向振动影响较小;车重对该桥型竖向振动影响比较明显;桥面不平顺是该桥型竖向振动最重要的影响因素.重车过桥时,宜将车速限值在40～60 km/h范围内,可有效减少对桥梁的冲击,同时桥面不平顺对冲击系数有明显影响,要加强桥面养护;桥面不平顺是求得的冲击系数数值解和规范限值之间产生差异的最重要影响因素.     

钢管混凝土系杆拱桥车桥耦合振动分析

为了研究钢管混凝土系杆拱桥在车辆荷载作用下的动力冲击效应,综合采用包括空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元模型和三维7自由度车辆模型,通过数值模拟车、桥动力相互作用,计算得到桥梁的位移、内力响应及对应动力放大系数,研究桥梁不同构件所受到的动力冲击作用及主要影响因素,分析桥梁不同位置加速度响应的频谱特征.结果表明,桥梁局部构件的动力冲击系数常超过规范取值,且路面不平度是最主要的影响因素;长、短吊杆的动力冲击系数差异很大,短吊杆的受力和抗疲劳性能远低于长吊杆.     

大跨度曲线弯梁桥车–桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车–桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark–β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车–桥耦合非线性有限元模型。结果表明:以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

设计参数对钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响分析

以中承式钢管混凝土系杆拱桥为计算实例,采用通用软件ANSYS建立了拱桥的有限元计算模型,通过改变其主要设计参数,对该类桥梁在恒载作用下的受力情况进行了对比分析,得出了不同矢跨比、拱轴系数、主拱拱肋含钢率等设计参数对拱桥各控制截面内力、应力、位移变化的影响规律.研究结果表明:改变矢跨比和拱轴系数对系杆拱桥在恒载作用下的内力有较大的影响,且对恒载作用下全截面弯矩的影响比对轴力的影响更为显著;改变钢管的壁厚对于主拱肋各控制截面的轴力、弯矩及应力影响不大.该计算结果可为优化同类桥型的设计提供参考.     

某连续刚构桥动力影响线的计算与研究

选取福建省下白石大桥（连续刚构桥）作为研究背景,建立下白石大桥的ANSYS有限元模型.使用基于MATLAB平台的模态分析软件MACEC,采用随机子空间法（SSI）对下白石大桥进行模态分析.根据分析结果,对下白石大桥有限元模型参数进行修正;利用修正后的有限元模型采用瞬态动力学分析功能求得其在移动荷载作用下的纵向应变时程曲线和动力影响线.为下一步车辆荷载效应评估奠定基础.     

多跨系杆拱桥组合梁剪力钉受力性能分析

通过推出试验确定剪力钉荷载滑移曲线得到剪力钉的刚度取值,进而建立了考虑钢与混凝土之间相对滑移的某三跨连续下承式系杆拱桥有限元分析模型.分析了在温度作用和车辆荷载作用下剪力钉的受力情况,利用增量方法分析了恒载效应随着混凝土的收缩徐变的时间发展历程.分析结果表明,局部温差作用对剪力钉的受力影响较大,端横梁处剪力钉的受力较中横梁处剪力钉受力要大;由于收缩徐变的作用,随着时间发展恒载引起的剪力钉受力相比于成桥时有所减少.     

基于TMD和MTMD的拱桥振动控制研究

在结构振动控制理论的基础上,对实际的模型拱桥进行了空间有限元分析和振动控制研究.研究中对TMD和MTMD的安装位置进行了探讨,并对其参数进行了合理设计.计算结果表明只要减振装置的安装位置正确及参数合理,就能够有效地减小结构在移动荷载作用下的动力响应.     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车轨道路基整体耦合三维有限元模型，提出一种优化处理列车荷载的方法，基于多体系统动力学理论建立列车轨道垂向耦合模型，并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷，随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道路基天然地基土非线性数值分析三维有限元模型，在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明：采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆不平顺轨道路基地基整体耦合振动模型，降低了建模及计算时间成本；竖向动应力沿横向分布规律，在轨道结构中数值较大，路基基床内远小于轨道结构中的数值，基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布；沿竖向分布，随着深度的增加，竖向动应力逐渐减小，在基床表层内的衰减率较大，甚至超过50%；沿纵向分布，在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目，列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程；列车移动速度对路基动力响应影响作用明显，时速由200 km/h增长到350 km/h时，各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

不加固条件下圬工拱桥临时通行重载方法

为了解决圬工拱桥特别是大跨圬工拱桥临时通行重型、特重型车辆的问题,提出了不须加固结构仅需动态、合理地布置附加荷载的通行方法——平衡加载法.首先,分析了圬工拱结构的承载力与压力线和拱轴线之间偏离的关系,论证了在拱上合理布置荷载以使两线偏离尽量缩小前提下拱圈能够承担质量远超其设计荷载的重载的观点.其次,在深入分析偏心受压圬工构件的极限承载力计算方法的基础上,以截面合力偏心距e作为快速、定性判断承载力是否足够的关键参数.以偏心距e作为控制参数,提出在不经加固的圬工拱桥上动态地设计附加荷载的运动路径以配合重载通行的方法和流程、重要技术手段.以总质量为400 t的重载临时通过一座净跨径130 m的混凝土箱板拱桥为例,展示、检验了该方法.理论研究与实践结果表明:平衡加载法能够在不进行结构加固条件下有效解决圬工拱桥临时通行重载的问题.     

某空腹式双曲拱桥承载力现场测试与分析

为检验在役双曲拱桥的承载能力与动力特性,对某净跨为36 m空腹式双曲拱桥进行了静载试验、动载试验及空间有限元分析。测试结构的静态应变、动态应变、挠度、自振频率、振型及加速度等结构反应,计算得出冲击系数。将实测结果与有限元结果进行对比分析,结果表明：应变校验系数为0.5~0.9,结构具有较好承载力。实测的各阶频率及相应振型与有限元计算结果比较吻合,桥梁整体竖向刚度较好。     

移动双轴汽车荷载作用下梁桥动力特性的数值模拟

建立双轴汽车模型对简支梁桥在移动汽车荷载作用下的动力响应问题进行了研究。分别分析了一辆汽车以不同车速、不同车重及通过不同跨径桥梁时的情况,并给出了相应情况下的简支梁桥跨中动位移的变化曲线。对直观地了解车—桥耦合振动系统的动力特性及系统数值模拟具有一定的参考价值。     

钢管混凝土系杆拱桥温度应力的数值模拟分析

采用通用软件ANSYS计算钢管混凝土系杆拱桥拱肋结构各控制截面在温度荷载作用下的内力与应力值，并通过改变矢跨比和拱轴系数将不同设计参数情况下的温度应力进行了对比。研究表明，钢管混凝土拱桥矢跨比和拱轴系数的变化对结构体系温差引起的拱顶截面轴力和弯矩的影响相当显著，而对1／4跨和拱脚各截面轴力和弯矩的影响则较小。     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.