汽车对桥梁冲击作用分析

为了分析汽车桥梁系统参数变化对动力放大系数的影响规律，将桥梁等效为等长的欧拉梁单元，将汽车等效为两自由度五参数模型，在状态空间求解车桥耦合振动方程得到系统的动力响应，定义了由垂向挠度和弯矩表示的动力放大系数。在数值模拟中研究了桥上路面不平顺、桥梁损伤、汽车参数和汽车速度对冲击系数的影响。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动研究

以某铁路曲线连续梁桥方案为例,讨论了大跨度铁路曲线梁桥的车桥耦合振动。在对曲线梁桥车桥耦合振动的分析中,建立了具有35个自由度的铁路车辆曲线通过模型动力方程和曲线梁的动力模型及其动力方程;应用了一种基于激励非线性振动的数值方法算法,并在WINDOWS9X／2000／XP工作环境下利用POWERSTATION和 VISUAL C 完成了计算程序的编制,取得了较好的计算结果。分析中将车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力所联系的振动子系统,通过迭代法进行求解,轨道不平顺采用在给定轨道条件下的人工模拟不平顺,在分析过程中计入了不同车速对曲线通过的车辆及曲线连续梁桥振动的影响。     

城市轨道交通“公轨合一”型高架桥车桥耦合振动分析

对某"公轨合一"型高架桥进行了汽车-列车-桥梁耦合振动分析。利用薄板单元和梁单元建立了桥梁的有限元模型,推导了17自由度可以考虑列车车体空间效应的整车垂向模型,引入轨道不平顺因素,轮轨关系假定为密贴,列车-桥梁耦合系统采用分离迭代法求解,利用ANSYS平台和自主编制的FORTRAN计算程序实现,汽车荷载采用移动常力模型,分析了不同工况下车桥子系统之间的影响,同时还讨论了轨道不平顺因素对该车桥耦合系统的影响。结果表明:该文所研究桥梁模型的上部公路部分和下部轨道部分各自通行车辆荷载时相互之间的影响很小,作者认为在做该桥梁的强度设计时,可以忽略上下部分的耦合影响;同时,对于该文模型,当列车车速为低速时(60 km/h),轨道不平顺因素对于桥梁跨中位移的影响很小,因而在做桥梁强度设计时,列车荷载可按轴荷取值而忽略轨道不平顺带来的动态效应。该结论可供同类桥梁设计时作为参考。     

考虑剪切变形影响的斜梁桥自振频率的解析方法

斜梁桥振动频率没有显式解,给使用《公路桥涵设计通用规范》方法计算冲击系数带来不便。考虑斜梁桥振动时的弯扭耦合效应,分别采用修正的Timoshenko梁理论建立其弯曲振动的动态刚度矩阵,采用Saint-Venant扭转理论建立其自由扭转振动的动态刚度矩阵,结合斜支承边界条件,导出斜支承坐标系下的动态刚度矩阵,提取弯矩-转角的刚度方程,根据其奇异条件建立关于斜梁桥自振频率的超越方程,采用二分法对超越方程进行求解以得到自振频率。该文分析了一座标准A型单跨斜箱梁桥考虑与不考虑剪切变形影响时的前5阶振动频率随斜交角的变化,比较了正交简支初等梁和正交简支深梁、斜支初等梁和斜支深梁的前5阶频率。结果显示:斜梁桥基频随斜交角的增大而增大、第2阶频率随斜交角的增大而减小;斜梁桥振动频率的计算应采用考虑剪切变形影响的深梁理论。     

大跨度装配式I型梁桥横向车振研究

本文对列车一大跨度装配式Ｉ型梁桥横向车振建模方法进行详细研究，将列车一桥梁视为耦合的整体系统，由能量理论建立车桥系统横向振动方程，算出列车通过大跨度装配式Ｉ型梁桥时的桥梁横向振动响应，车辆脱轨系数及舒适度指标，计算结果可为工程设计服务。     

非平整桥面引起大跨斜拉桥车桥耦合振动响应研究

由于桥梁上的车辆荷载是一个带有质量的振动系统，从而使得桥梁在该荷载作用下的动力响应问题比一般结构动力系统的响应问题更复杂。通过建立车桥耦合单元，形成汽车桥梁整体系统的动力学方程。以一座大跨斜拉桥为例，研究了由于桥面不平整，汽车以各种速度通过桥梁时斜拉桥的动力响应。     

车桥耦合系统的非线性动力分析

研究了车桥耦合系统的非线性动力特性。基于哈密尔顿能量原理和欧拉-贝努利梁假设,考虑梁的几何非线性影响,建立了移动振动车辆模型下桥梁的耦合非线性振动方程,应用伽辽金法和Runge-Kutta法对方程进行求解,算例中探讨了车辆质量、车速、桥梁阻尼和桥跨径等参数对车-桥耦合系统非线性振动性能的影响。     

列车-桥梁-汽车耦合振动仿真分析

用多刚体系统模拟列车、汽车车辆,用空间梁单元、杆单元模拟桥梁。采用密贴假定及蠕滑理论处理轮轨接触关系,设汽车轮胎与公路桥面为点接触且不分离建立列车-桥梁-汽车耦合振动分析模型,编制仿真分析软件。以某公路、铁路两用桥为例进行列车-桥梁-汽车耦合振动分析。结果表明,列车与汽车同时上桥且随汽车数量增多,列车机车及车辆的竖向加速度、脱轨系数、轮重减载率最大值明显增大,汽车对列车运行安全性具有不利影响。     

基于梁段单元法轨道连续箱梁的车桥耦合动力响应分析

城市轨道交通可能会引起桥梁振动安全性问题和列车运行平稳性问题。建立精确、快速及通用性较好的车桥耦合计算程序,可对新兴的轨道交通进行振动预测提供借鉴。目前车桥耦合研究中,基于有限元软件建立的桥梁模型,通用性不高;而直接利用空间梁单元建模则无法考虑桥梁面板横向振动差异。采用梁段单元建立桥梁模型,并在MATLAB中建立整个车桥计算程序;以宁波轨道交通一号线为数值模拟对象,将计算结果与实测数据对比验证,最后考虑了不同车速对列车运行平稳性的影响。研究得到,直线运行的状态下,车桥响应都有竖向振动比横向振动受车速影响更大的趋势,且底板垂向加速度幅值最大,比腹板横向及悬臂板垂向振动加速度要显著的多;基于平稳性指标的评价结果比加速度指标更加合理。     

中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

高速铁路桥梁及场地土交通振动分析

以高速铁路32m单箱单室简支梁为例,建立了考虑土-结构动力相互作用的车-桥-墩-桩-土耦合振动系统整体三维有限元分析模型。车辆采用具有二系悬挂的多自由度车辆模型,场地土采用京沪高速铁路沿线实勘软土地基土层数据,在土体截断处采用粘弹性人工边界模拟半无限域土体,采用基于库伦接触算法的动力三维接触单元模拟轮轨接触。分析了桥墩和桩基等下部结构对车桥耦合振动的影响,以及车桥耦合振动对周围场地土振动的影响。计算结果表明车桥耦合振动受桥墩和桩基影响显著;周围场地的振动振级随着距离的增大而逐渐减小,相对水平振动而言,竖向振动衰减的更加明显;地面振动的高频分量衰减速度大于低频分量的衰减速度,远场地面振动以低频分量为主;地面振动与列车速度不是简单的线性递增关系,与上部结构桥梁的振动有关。     

曲线梁桥弯曲和扭转刚度对车桥耦合振动的影响

曲线梁的竖向弯曲和纵向扭转是相互耦合的,对于高速铁路双线曲线简支梁桥来说,由于存在大偏心,这种耦合作用对过桥车辆的有一定的影响。 桥梁的竖向刚度和扭转刚度为参数来研究车桥耦合振动,通过计算分析得出对高速铁路曲线桥的具有重要意义的结论。     

Hermite插值在车桥耦合振动中的应用

车桥耦合竖向振动分析中，轮对和与其接触的桥梁竖向位移相等，但振动速度、加速度并不相等，传统方法用轮对与桥梁接触点处桥梁振动速度和加速度代替轮对的振动速度、加速度。本文通过引进Hermite插值函数，推导出车辆以一定速度过桥时轮对竖向位移、振动速度和加速度理论值，并且轮对的竖向位移、振动速度和加速度可由轮对所在桥梁单元节点的竖向位移、振动速度和加速度求得，在有限元动力计算中易于实现。本文的算例表明在车辆低速过桥情况下，用轮对所在位置桥梁的振动速度、加速度来代替轮对的振动速度、加速度误差很小，但是车辆高速过桥时，计算结果误差较大。     

曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动影响

为探究轨道梁的曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动的影响，基于拉格朗日动力学方程式，在考虑柔性轨道梁的情况下，采用UM建立跨座式单轨的车桥耦合系统。研究通过设置固定曲线超高率，改变轨道梁曲线半径和行车速度来分析不同曲线半径的轨道梁对单轨车桥耦合系统的影响。分析结果发现：100 m曲线半径的轨道梁，其竖向振动位移和车体质心竖向位移对车辆速度的变化较敏感，稳定轮和导向轮在大超高率和速度变化较大时，左右侧轮胎径向力出现较大差异，将使轮胎磨损，并且车辆通过性差。曲线半径为200 m～300 m时，轨道梁和车体的振动幅值变化小，导向轮与稳定轮两侧受力均衡，10%超高设置适中。当曲线半径更大时，在固定超高情况下，车体离心力减小，车体出现内倾趋势，两侧稳定轮和导向轮的径向力出现明显差异，车辆长期行驶在此工况下也会导致两侧轮胎磨损不均。综合分析，曲线超高随曲线半径的增大而减小，可使车辆具有良好的通过性。     

非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。     

基于移动质量梁列式的混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析

现有车桥振动分析需逐步判断轮对与桥梁单元接触状态,增加了多线混合编组列车与多跨桥梁耦合关系建模的复杂性。基于轮对与桥梁密贴模型,通过引入窗函数,建立轮对与桥梁状态变量的显式关系,推导了移动质量梁动力特性矩阵;将车辆一系簧上部分视为独立多刚体系统,建立了混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析通用模型。基于Newmark-β法关于状态变量的递推公式,提出了车桥系统方程求解的降阶算法,确保计算规模为最小。开展算例分析,验证了模型的正确性。计算了高速列车-三跨双线简支箱梁桥垂向耦合振动响应,结果表明:车体垂向位移较其他响应在双、单线加载时满足恒定峰值比;桥梁各跨跨中响应最大值在单线行车时基本不变;与单线加载相比,双线对称加载桥跨跨中最大垂向位移近似放大2倍,不对称加载桥跨跨中最大垂向加速度出现下降。     

过桥汽车振动响应影响因素分析

为了分析汽车-桥梁系统参数变化对过桥汽车振动响应的影响规律,将桥梁等效为正交异性板,将汽车等效为7自由度39参数三维模型,用Newmark方法求解车桥耦合振动方程得到汽车各自由度的动力响应.在数值模拟中研究了桥上路面不平顺、桥梁损伤、汽车参数和汽车行驶速度变化对汽车振动响应的影响规律.     

考虑桩土相互作用的车桥耦合动力分析

研究了桩土动力相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。基于子结构方法,将完整的列车-桥梁-桩基础-地基相互作用模型分解为列车-桥梁相互作用子系统和桩基础-地基相互作用子系统,分别建立两个子系统的运动方程。在建立桩基础-地基相互作用子系统的运动方程时,为了考虑该系统的频率相关性,通过连续时间有理近似将频域内的阻抗函数转化至时域内,并用一个高阶弹簧-阻尼-质量模型模拟。通过迭代计算得到两个子系统的动力响应。以一列8节编组的客车通过5跨简支梁为算例,研究了桩土相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。研究结果表明,考虑桩土相互作用以后,车桥耦合系统动力响应有所增加,在今后的分析中应充分考虑该因素的影响以获得偏于安全的计算结果。     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

一种求解梁动力响应的新方法

基于动刚度方法与常规有限元方法提出了一种计算梁动力响应的新方法。单元插值形函数是由梁的自由振动方程导出的，称为精确形函数。应用哈密顿原理推出振动控制方程。利用傅立叶展开定理求解梁的动力响应。数值模拟结果与常规有限元方法进行了比较，结果表明了新方法的有效性。