公交车移动荷载作用下浅埋电力隧道结构动力响应分析

为研究浅埋电力隧道在公交车移动荷载作用下的结构动力响应情况,以某城市既有浅埋电力隧道为例,建立了“公交车荷载-道路-电力隧道”多元耦合动力分析模型,并对公交车移动荷载加以简化,重点分析了公交车以36、54、72 km/h三种车速情况下路面和隧道顶板的动力响应特征。结果表明,在36、54、72 km/h三种不同车速条件下,路面和隧道顶板的最大沉降量和最大振动应力幅值随车速变化的幅度较小,而它们的最大振动速度幅值和最大振动加速度幅值随车速变化的幅度较大,但整体上路面和隧道顶板的振动效应随车速提高而增长。因此,在实际工程中应加强管控高速运营公交车辆对既有电力隧道产生的不利振动影响。     

混凝土简支梁桥动荷载时程分析

在混凝土桥梁的设计中,桥梁的抗震设计占据了整个设计过程的一大部分,同时也是桥梁在使用过程中能否满足长期性能的关键因素。文章通过对跨径为30 m的简支混凝土梁桥在动荷载作用下的跨中挠度和弯矩的研究,说明车辆的行驶速度对动荷载在梁桥上作用产生的位移和弯矩的影响。采用迈达斯(Midas)建立模型的方法进行模拟研究,分别考虑了车速为10 km/h、20 km/h、40 km/h、80 km/h以及120km/h时的荷载时程,分析了相关因素下的桥梁弯矩和位移。研究结果表明车辆的行驶速度越大,桥梁的动力效应越大,即对桥梁的影响也越大。     

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。     

双轴胶轮轻轨交通列车加速度动力响应

本文基于双轴胶轮轻轨车辆的结构及走行特点,设定了车桥时变系统空间振动矩阵方程计算初始条件,对双轴胶轮轻轨交通列车竖向、横向加速度动力响应进行了分析。结果显示,车体的竖向加速度和横向加速度都随车速的增大而增大,竖向加速度的最大值在70km/h速度处发生,横向加速度的最大值在80km/h速度处发生,均小于规范所规定的轨道客车车体加速度最大限值,评定等级为优秀。列车加速度动力响应分析结果为国内以后的胶轮轻轨交通建设提供了理论参考。     

简支梁桥在车辆荷载谱作用下的动力分析

编制程序VLS(Vehicle Load Spectrum)构造随机车辆荷载谱,利用有限元方法将不同运行状态下的随机车辆荷载谱加载于简支T型钢筋混凝土梁桥上,模拟桥梁在车辆荷载通过时的动力响应,得出了桥梁的位移时间历程曲线,同时分析了车速对桥梁冲击系数的影响。分析表明:车辆荷载谱作用下桥梁偏载作用明显;车流方向对桥梁振动的影响不大;密集运营状态下桥梁挠度是一般运营状态下的1.35倍左右;车速对桥梁冲击系数的影响非常复杂,冲击系数曲线在车辆高速和低速时均有峰值出现,总体上呈波动上升趋势。     

车辆荷载下连续刚构桥冲击系数分析

为了研究桥梁在移动车辆荷载作用下的动力特性和冲击系数,以某连续刚构桥为计算实例,采用有限元软件Midas/Civil建立桥梁结构的有限元模型,将车辆荷载近似模拟为三角形荷载,用时程分析法分析了车辆荷载作用下连续刚构桥的动力响应特征,分析了车辆在不同车速、不同车重作用下车辆荷载因素对连续刚构冲击系数的影响规律,并提出相应的结论,为桥梁结构在移动车辆荷载作用下的安全性、适用性提供参考依据。     

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。     

空气悬架大客车平顺性研究

装有非线性悬架的车辆车轮动荷载小,能够获得良好的行驶平顺性、操稳性和行驶安全性。以某型号空气悬架大客车为研究对象,建立了空气弹簧悬架和轮胎的非线性模型,通过试验及所建立的模型拟合出了空气悬架的刚度特性曲线和阻尼特性曲线,获得了轮胎非线性刚度和阻尼的模型参数。建立了七自由度车辆动力学模型,应用AR模型法模拟了B级和C级随机路面输入。以模拟产生的路面不平度曲线和不同车速作为激励作用于七自由度车辆模型,对车辆的振动加速度进行了仿真研究。仿真结果表明,该车的平顺性不好,在70km/h时出现振动峰值,为进一步对该车进行减振处理提供了参考和依据。     

基于PLAXIS的车辆荷载作用下基坑支护模拟研究

随着城市化进程的不断发展,呈现出车流量越来越大和基坑越来越深的趋势,交通主干道上行驶的车辆荷载会对邻近的基坑稳定性和安全性产生一定的影响。通过PLAXIS有限元软件进行不同车速、作用时间、作用距离的车辆荷载作用下基坑支护结构变形的影响研究,结果表明支护结构的最大水平位移和车速呈正比关系,且随着车速的增大其增幅越来越大;和作用距离呈反比关系,随着作用距离的减小而增大。同时车辆荷载的影响随作用时间有累积效应,累积到一定程度后不再变化。研究成果可为实际工程中车辆荷载作用时支护结构的稳定性分析和变形计算提供参考。     

竖井型公路隧道自然通风潜力评价

引入"污染系数"和"标准数"概念来评价城市竖井型公路隧道的自然通风潜力,分别给出正常行车工况下隧道的污染系数和阻滞工况下标准数计算方法。对南京某下穿隧道进行实例计算分析,采用三种CO浓度标准限值(10ppm、30ppm和50ppm),得出正常行车工况下四种典型车速(20km/h、40km/h、60km/h和80km/h)各段隧道污染系数以及阻滞工况下(车速≤10km/h)隧道标准数。研究表明:正常行车工况下,车速越快,污染系数越小,自然通风潜力越大;而阻滞工况下,车辆积压,散出热量大,促使CO气体从竖井排出,标准数基本满足要求。     

列车运行引起高架桥群桩基础地面振动分析

采用半解析数值方法分析列车运行引起高架桥群桩基础地面振动,研究合理设计桩基减小地面振动。半解析数值模型包括列车–轨道模型、高架桥模型、群桩模型。列车轨道模型中采用多质点弹簧–阻尼模型模拟列车,采用美国功率谱描述轨道随机不平顺,使用Euler梁模拟钢轨,采用Hertzian非线性公式描述轮轨接触,采用振型分解法求解轮轨作用力。铁路高架桥采用弹性支座简支梁模拟,采用传递系数矩阵和群桩影响因子分析桥墩下群桩的动力阻抗,根据桥墩的动力平衡方程求得桥墩–地基相互作用力,采用Green函数求得弹性半空间地面振动。研究铁路高架桥下群桩参数对地面振动的影响,分析不同桩长、桩直径、桩间距和轨道不平顺条件下地面振动速度1/3倍频程的大小。结果表明:轨道不平顺对桥墩作用力有较大影响,对小于6 Hz的地面振动影响较小,对大于6 Hz的地面振动影响较大。合适调整桥梁跨度与车速组合可减小地面振动。车速小于260 km/h时,桩径对地面振动影响较小;车速大于260 km/h时,增加桩径可减小地面振动。适当增加桩间距可避开振动增大区、减小地面振动随车速的增加。合理设计桩长可减小地面振动的增大区域。     

车辆动态荷载系数的主要影响因素分析

为了弥补现行规范将车辆荷载的动态荷载简化为静载的不足,本文应用四分之一车辆振动模型,系统分析了路面不平整度的振幅、坡长、车速、装载率等主要因素对动态荷载系数的影响规律。结果表明,车辆的动态荷载系数随着车速、振幅的增大而增大,随着装载率的增大而减小,随着路面坡长的增大而有减小的趋势。文中的研究成果可以为路面设计提供必要的荷载参数。     

铁路简支梁桥动力响应数值分析与实测验证

以某铁路简支梁桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS实现了列车荷载作用下简支梁桥自振特性分析与动力响应计算,并利用现场实测加速度响应对有限元计算结果进行了验证。基于验证后的有限元模型,研究了跨径、车速及车重等关键因素对铁路简支梁桥动力响应的影响,采用移动荷载模型分析该简支梁桥在列车荷载作用下的动力响应。结果表明:简支梁桥自振频率及加速度特征值与有限元计算值总体上吻合较好,但由于现场实测存在多种环境因素干扰,局部对比结果存在差异;有限元计算的加速度平均值大于现场实测值,但幅值相差不大且都呈周期性变化;桥梁1阶及3阶自振频率的实测值与有限元计算值较为接近;跨径、车速及车重等关键因素均对桥梁动力响应产生一定影响,随着列车车速的提高,简支梁桥动力响应明显增加,列车驶离桥梁后,桥梁自由振动的振幅随车速的提高显著增大;简支梁桥跨径与车重均对跨中截面挠度影响显著,在设计过程中应予以重视;所得结论可为铁路桥梁的动力性能评价提供参考。     

基于荷载试验的预应力简支T梁桥承载能力评估

为综合评估某宽跨比较大的简支梁桥的实际承载能力,确定桥梁的实际运营状况和使用条件,基于荷载试验方法,测试了各静载工况下控制截面的应变、挠度,观察了构件的开裂情况。通过脉动试验、无障碍行车试验、有障碍行车试验研究了该桥的自振特性、不同行车速度下的变形响应及跳车试验下的冲击作用,并将上述测试结果与有限元计算结果进行了对比分析。研究结果表明:在最不利荷载工况下,桥梁梁体实测的应变校验系数为0.80~0.97,挠度校验系数为0.85~1.03,表明该桥强度具有一定的富裕度,而刚度富裕度不足;各工况卸载后,其相对残余变形最大值为10.4%,相对残余应变最大值为10.7%,均未超出JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》限值20%,表明该桥结构在试验荷载下接近弹性工作状态,无较大的不可恢复变形;当进行行车速度在30 km/h以内的跑车试验时,冲击系数为1.225~1.353,当行车速度为10 km/h时,冲击系数为1.396;实测第1阶竖向频率小于计算理论值,表明该桥梁结构的实际刚度较弱。     

铁路桥梁主梁横向动力系数测试研究

该文对列车通过铁路桥梁时,桥梁主梁横向振动响应的动力放大系数的测试进行了研究。文中采用简谐激励Feqsinωt作为列车的横向摇摆力作用在铁路桥梁上以确定桥梁主梁横向动力放大系数。根据现有研究结果,在不同车速作用下,将轮对作用在桥梁钢轨顶部的横向集中力的最大值作为简谐激励幅值,并对该横向集中力的时程曲线做功率谱变换,得到横向集中力的主频范围。分别将该简谐激励作用在桥梁第一跨跨中、第二跨1/4跨及第二跨跨中时的主梁跨中动力放大系数,测试结果表明,铁路桥梁在车速不超过120km/h的情况下,动力放大系数最大值不超过1.3,桥梁结构的动力响应能满足主梁横向刚度的要求。     

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.     

基于监测数据的跨海斜拉桥强/台风作用效应研究

风是大跨、轻柔结构的主要影响荷载之一。基于2007~2012年6年间的监测数据研究了东海大桥主航道斜拉桥在5次台风和1次强风期间的极端风环境、结构振动响应以及结构动力特性的变化规律。研究发现,强/台风期间,桥址区风场的10min平均风速、脉动能量远大于正常情况,但湍流强度、积分尺度、阵风因子的变化规律不明显,这可能与10min统计时距偏长有关;强/台风期间的结构动力响应不同于低风速时以车辆荷载效应为主的正常情况,特别是结构侧弯振动加速度与竖弯、扭转振动相比有明显增加;强风对结构激励的卓越频率低于车辆荷载;强风期间结构模态频率的离散性变大而阻尼比有增加的趋势。该成果可以为大跨度跨海桥梁抗风设计和气动响应特性评估提供实测依据。     

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。     

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基的振动特性和动力荷载传递规律对高速铁路的设计和运行维护十分重要。介绍了一种全比尺的高速铁路板式轨道路基模型和可模拟真实列车荷载高速移动的分布式加载系统,最高模拟列车速度可达360 km/h。基于该模型试验平台,对中国高速列车以不同速度运行下板式轨道路基的振动和动应力特性进行了试验研究。结果表明轨道结构的振动随着车速的提高近似呈线性增加的趋势;路基结构的振动存在阶段性,列车速度低于180 km/h时振动速度增长缓慢,而后随着速度的增加迅速增大;基床表层的碎石层对振动在路基中的传播有很好的吸收作用。试验发现,尽管无砟轨道路基表面的动应力水平远低于有砟轨道,但无砟轨道路基动应力沿深度的衰减速度要缓于有砟轨道。试验进一步发现,无砟轨道路基动应力的增长模式与列车速度和土体所处深度均有关,基于试验结果提出了用于预测高速铁路路基动应力的经验表达式。     

重型车辆与桥梁耦合振动及桥梁冲击系数的数值模拟研究

为了更合理地评估桥梁在重型车辆作用下的耦合动力响应,在有限元软件LS-DYNA的平台上,根据车桥振动实验数据,建立了具有11个自由度的3轴重型车辆和桥梁上部结构的车桥耦合系统有限元模型。对桥梁模型进行了模态分析,并对车桥耦合振动的三个工况进行了数值模拟,所得结果与实测数据一致,验证了有限元模型的合理性、可靠性。进一步利用该有限元模型进行车桥耦合体系参数分析,选择了车辆运行速度,桥梁桥台搭板的沉降以及桥梁跨度进行桥梁冲击系数的参数敏感性研究。参数分析结果表明:冲击系数整体上随车辆速度的增大而增大,同时有局部极大值的存在;冲击系数随桥台搭板沉降量的增大而增大;冲击系数呈现随桥梁跨度的增大而增大的趋势。