大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系研究

为保证已建桥梁发生涡激振动后桥梁结构的安全以及桥上行车和行人安全,提出综合考虑人员舒适性、结构受力和停车线形三方面的大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系。该体系包含9项指标,分别为驾乘人员舒适度、驾乘人员晕动症、行人舒适度(狄克曼指标)、加劲梁强度、加劲梁应力、加劲梁挠度、桥面纵坡、竖曲线半径和停车视距。以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景,分别计算了“限速”和“封桥”2个交通管制措施下9项指标对应的涡激振动振幅限值。在此基础上,将9项指标对应的涡激振动振幅限值的最小值作为涡激振动限值建议取值。结果表明：当该桥发生低阶竖弯涡激振动(VS1、VAS1)时,涡激振动的控制因素为加劲梁挠度指标;当大桥发生VAS2模态的竖弯涡激振动时,涡激振动由驾乘人员晕动症指标和行人舒适度指标共同控制;当大桥发生高阶竖弯涡激振动(VAS3、VAS4)时,涡激振动由行人舒适度指标控制。涡激振动控制指标体系及限值标准的计算框架可适用于不同桥型涡激振动限值的计算。     

铁道车辆过桥竖向振动加速度频域近似算法

列车过桥时引起的桥梁挠曲会降低车辆乘坐舒适度,高速铁路桥梁设计时一般通过控制桥梁的挠度或进行车-桥耦合动力分析来保证车辆舒适度。为得到车辆过桥的振动规律,并提供一种便于工程应用的计算方法,基于频域分析,将桥梁变形假设为正弦半波并展开为傅里叶级数,输入车辆点头、沉浮频响函数,经过简化得出车辆竖向加速度的包络近似算式。通过实例计算结果与时域方法对比,验证了频域包络算法的准确性。频域包络解析公式还揭示了影响车辆过桥舒适度的主要因素,即桥梁最大挠度、设计车速和桥跨的比值、车辆自振频率、车辆频率响应函数等。     

大跨斜拉桥行车振动舒适性评价

为了提出适合于评价大跨桥梁行车振动舒适度的标准,对某大跨斜拉桥的行车振动进行现场实测,分析车辆驾驶员座椅处的振动特性以及不同车速下的车内振动加速度有效值;并以国际上通用的ISO2631标准为基础,结合车内人体的舒适感觉,提出行车振动舒适度评价标准,并对该桥的舒适性进行评价.     

钢管混凝土拱桥的挠度限值研究

为了分析挠度限值是否能控制钢管混凝土拱桥结构的振动,在对桥梁活载挠度限值研究进行回顾的基础上,以3座不同结构形式的钢管混凝土拱桥为典型算例,分别采用挠度限值和动力参数限值对钢管混凝土拱桥的行车舒适性进行了分析。分析结果表明:挠度限值并不能有效地反映在活载作用下的实际振动和振感;建议在钢管混凝土拱桥的设计中,采用振动参数控制法取代活载挠度限值法来评价和控制钢管混凝土拱桥的行车舒适性。     

骑行桥行人振动舒适度研究

以某设计新颖的骑行桥为背景,分析研究了该桥在行人行走、跑动作用下的振动舒适度问题。利用德国人行桥设计指南EN03规范推荐的计算方法对该桥最大加速度振动幅度进行了计算,并与对应的舒适度标准进行了对比。研究成果能够为同类桥梁设计提供技术参考。     

外倾单肋曲线人行钢拱桥振动舒适度评价

现代人行桥为追求美观,其设计多采用大跨轻柔的复杂结构形式。基频过低的人行桥易受行人荷载激励产生共振,从而影响行人通行舒适性。为探究人桥共振的舒适度评价机制,该文以外倾单肋曲线人行钢拱桥为研究对象,基于Midas/Civil平台对结构进行振型分析;结合德国规范EN03建立了不同人流密度下的人群荷载模型,通过时程分析和单自由度方法对比了桥梁振动峰值加速度,两者差值不超过2%;根据舒适度指标,对桥梁进行综合评价。结果表明:多人荷载数学模型仍需改善;人致振动加速度与行人密度正相关,但行人过密难以走动会引起动力效应的衰减;桥梁在正常运营状态下的振动舒适度满足要求。     

大跨径人行桥人致振动舒适度分析

人行桥的主要荷载源于行人和非机动车,对于大跨径轻柔桥梁结构,在行人激励之下更容易发生大幅振动,引起舒适度问题。依托国内某大跨径人行提篮拱桥,参考国外人行桥设计指南,通过有限元时程分析方法,计算获得不同荷载激励下结构最大加速度响应时程曲线,进行行人振动舒适度评价。另外,针对不同模态设计相应的TMD减振系统,并进行减振效果分析。     

钢结构人行天桥减振加固设计

近年来我国城市人行天桥向轻质、大跨方向发展,使得振动问题引起越来越多的关注。我国桥梁设计规范仅对结构竖向自振频率有具体要求,缺少对振动舒适度评价的相关规定。该文参考英国桥梁规范中对人行天桥振动舒适度的相关规定,对深圳市某人行天桥进行计算分析并对桥梁振动过大问题提出相应的减振加固措施。     

高速列车——大跨度钢斜拉桥空间耦合振动响应研究

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法，将车桥作为联合动力体系，以京沪高速铁路南京越江方案（２５６＋６４＋２５６）ｍ钢斜拉桥为研究对象，进行了高速列车过桥时的车桥空间耦合振动响应分析，着重研究了列车速度变化时对桥梁的挠度、车辆舒适度及脱轨安全度的影响。车桥计算结果表明，尽管该桥在设计荷载（０．ＵＩＣ）下的挠跨比达１／６１２，但仍能满足高速列车走行时的舒适性与安全性要求。     

三跨钢箱连续梁人行桥人致振动舒适性分析与减振控制

人行桥跨度的增加以及轻质高强材料的广泛应用，使得结构基频不断降低，进而带来了较为显著的人致桥梁振动舒适性问题。现基于人致振动理论，分析了行人荷载的作用特性和国内外规范对行人舒适度评价方法的异同，并采用有限元仿真计算，分析了高密度人群下的人致振动响应，比较了三种不同的梁高方案与其产生的人致振动效应，以及采取减振控制后的效果。结果表明，在钢箱梁人行桥结构人致振动性能保证的前提下，基于多组TMD的振动控制措施具有良好的成本控制可行性。     

下挂式人行桥由于交通荷载引起的舒适性分析

将人行道下挂在两幅主桥之间,这种设计方法在国内尚属首次应用,下挂结构刚度较小,由主桥的交通荷载引起的振动直接影响了行人的舒适感和安全感,因此这类人行桥的舒适性问题需要特别的研究。该文采用车桥耦合振动,通过大量数值模拟分析研究由于车辆过桥时引起的人行桥的振动响应。结果表明在良好路面条件下,当车辆(重车)少于10辆/侧时,人行桥的舒适性基本满足要求。路面平整度对舒适性有很大的影响,行车速度对人行桥的舒适性影响不明显。     

车辆荷载作用下双工字钢-混组合连续梁桥振动控制研究

车桥耦合作用下，钢-混凝土组合梁桥竖向振动问题比较突出，这将影响行人的安全及舒适性。以中国某三跨双工字钢-混凝土组合连续梁桥为研究对象，对桥梁进行车桥耦合振动分析及控制。基于Newmark-β法在ANSYS中利用APDL语言建立车桥耦合振动模型，并对不同车重、车速和路面等级下的桥梁竖向加速度振动响应进行分析。在桥梁各跨跨中安装调谐质量阻尼器(TMD)对桥梁振动进行控制，采用最佳参数调整方法确定TMD参数。对安装TMD前后的桥梁振动响应进行对比分析，并结合Sperling指标对行人舒适度进行评价。研究结果表明：车速、车重和路面等级均是导致行人舒适度变差的重要因素;2辆同型号车辆按相应车道并排行驶，安装TMD后，随着车速的增大，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率逐渐增大，当车速为120 km·h^-1时，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率达到43.7%，Sperling指标从2.76降到2.33，振动控制效果最为明显;随着车重的增加，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率基本呈增大趋势，当各车重为40 t时，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率为29.1%，Sperling指标从2.20减小到1.99，行人舒适度得到了较大改善;随着路面不平顺等级的增大，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率也逐渐增大，C级路面时加速度峰值减小率可达到29.4%，控制效果明显。因此，安装TMD对不同车重、车速和路面等级下的桥梁跨中竖向加速度响应均起到了控制作用，对双工字钢-混凝土组合连续梁桥安装TMD可以有效地改善行人舒适度。     

大跨径人行桥人致振动舒适性研究

国内对大跨径人行桥人致振动舒适性研究较少，以某大跨径人行斜拉桥为例，采用强迫振动法和全桥连续行人流荷载模型，结合德国人行桥设计指南EN03(2007)，阐述了大跨径人行桥人致振动舒适性的评价过程，并采取了在桥上安装调频质量阻尼器(TMD)系统的减振措施设计。结果表明，通过减振措施，该桥的人致振动舒适性评价从“差”提高到了“最佳”。     

钢管混凝土拱桥车振性能分析

从结构基频、车辆荷载冲击系数和舒适性等方面对钢管混凝土拱桥的车振性能进行分析。应用统计分析方法研究表明，钢管混凝土拱桥的面内基频约为钢拱桥的1．33倍，同时给出了面内基频的简化计算公式。收集了多座钢管混凝土拱桥的实测冲击系数，与现行各国规范进行了比较分析，并通过对实测数据的回归分析，得出钢管混凝土拱桥冲击系数的简化计算公式，可供钢管混凝土拱桥初步设计时冲击系数估算应用。最后对钢管混凝土拱桥的舒适性评价指标进行了探讨，振动速度和振动加速度等动力参数可以较好地反应出钢管混凝土拱桥在汽车荷载通过时的振动情况与振感。     

基于车桥耦合振动的RC系杆拱桥加固效果评价

为了对采用吊拉主动加固方法的钢筋混凝土系杆拱桥进行基于车桥耦合振动分析的加固效果评价,首先,利用ANSYS软件建立空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元梁格模型,并选取三轴9自由度的车辆模型及路面不平度等级B分别模拟实际车辆及桥面状态,将梁格模型调入BDANS软件,通过数值模拟车、桥动力响应,计算得到桥梁动位移、加速度响应,研究加固前后桥梁控制截面所受到的动力冲击作用;然后,分析桥梁加固前后不同位置加速度响应的频谱特征;最后,对依托工程动力特征、动态响应及车桥耦合作用的实测值与理论值进行比较分析。结果表明：通过该方法加固后结构的竖向自振频率较加固前均有提升,但提升幅度较小;加固前后结构不同位置的动力响应随车速增加呈逐渐增大的趋势,且车速在60～80 km·h^-1时,加固后结构跨中截面的动力响应降幅最大;加固后结构控制截面的加速度均方根值小于加固前,根据其变化幅值建议车辆通过加固后桥梁结构的速度为60 km·h^-1,以保证行人过桥时的体感舒适度、通行效率及行车安全;通过理论值与实测值的对比分析,验证了基于车桥耦合振动分析方法对桥梁结构加固后行车性能评价的有效性。     

重庆轻轨大溪沟车站桥动力性能分析

采用空间离散模型，计算重庆跨座式单轨交通线路大溪沟车站桥的结构自振特性。采用车桥作用理论的荷载列方法，计算15种工况下轻轨车辆经过时的结构振动。结果表明：该车站桥的结构设计较合理，结构具有足够的刚度，整体动力性能较好；桥上各处的振动均满足人体舒适度要求。     

横向激扰频率对上承式钢板梁桥横向振幅的影响

以跨度32m上承式钢板梁桥为例，针对桥梁的横向振动问题，将列车简化为移动质量建立了力学模型，应用大型软件MSC／DYTRAN进行了计算分析，研究了桥梁横向振幅与横向激扰频率的关系。通过计算分析，分别得到了在不同速度下模拟的空载货车和重载货车通过时桥梁的横向振幅与激振频率的关系，结果与实测值基本接近，这对通过快速计算确定引起桥梁横向拍振的蛇行运动频率具有创新和实用意义。     

基于有限元的曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

考虑车桥耦合振动计算了汽车通过曲线连续梁桥时车辆和桥梁的振动。把车辆和曲线连续梁桥视作两个分离子体系,分别应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的各自振动方程组,通过位移协调方程及车桥相互作用联系方程把车辆和曲线连续梁桥振动耦合起来,建立了车桥耦合振动方程,给出了采用有限元通用分析软件ANSYS实现公路曲线连续梁桥车桥耦合振动的计算方法。数值算例表明,该计算方法仅经3次迭代即可获得较高精度及可靠的数值结果,并与连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数进行对比,在平整桥面情况下,两者基本吻合,在桥面不平度等级为C级时,两者相差较大,这说明按现有规范计算曲线连续梁桥的冲击系数,在某些特定的条件下,有可能是不安全的。从而为公路曲线连续梁桥动力性能评价寻求了一种方便可靠的数值分析方法。     

新西海桥的振动特性及舒适性评价研究

以日本首座公路钢管混凝土拱桥——新西海桥为对象,进行该桥的自由振动特性分析,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,分析了在移动车辆作用下该桥的动力特性,包括冲击系数和舒适度评价。研究结果表明,在移动车辆作用下钢管混凝土拱桥主跨的拱肋和桥面冲击系数都较小,钢管混凝土拱肋的振动小于主桥桥面的振动。从振动舒适性的观点看,采用纵横梁格构桥道体系的新西海桥在车辆荷载作用下拱肋、桥面和人行桥均满足舒适性要求,具有较好的行车性能。