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。     

双工字钢-混凝土板组合梁桥车桥耦合振动研究

双工字钢-混凝土板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁模态质量之比可达到1/10,可能出现过大的动力响应导致行车舒适性差,危及行车安全。为了研究该类桥车桥耦合振动机理及影响因素,对某在建的单跨35m四跨一联的双工字钢-混凝土板组合梁桥进行动力特性分析、车桥耦合振动数值模拟及行车动力响应测试。结果表明:该类桥前4阶固有频率较为接近,在不同载重和车速下可能会发生多个频率的振动,车辆过桥的附加惯性质量使结构的振动频率有所降低;试验车过桥的速度和加速度评估该桥舒适性较好;车辆载重与车速对冲击系数的影响复杂,无明显规律,路面等级越好和阻尼比越大,冲击系数越小,对桥面进行平整度处理和增加结构阻尼是降低振幅和车辆冲击效应及提高舒适性的有效方法。     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

常泰长江大桥主桥风-车-线-桥耦合分析

常泰长江大桥为主跨1 176 m的双塔双索面公铁两用双层斜拉桥。为研究侧风作用下该桥的动力响应以及桥上高速列车的行车安全性,采用WTTBDAS V2.0软件建立风-车-线-桥耦合分析模型,分析不同风速及车速下单、双线CRH2列车通过桥梁时车辆和桥梁的动力响应。结果表明:桥梁主跨跨中横向位移和横、竖向加速度随风速增大而增大,竖向位移受风速影响较小,车辆响应随风速增大而增大;桥梁主跨跨中横向位移和加速度响应在风速小于20 m/s时受车速影响不大,竖向位移和加速度随车速增大而增大;车辆的响应随车速的增大而增大,当风速达20 m/s后,车辆的动力性能主要由风速控制;单、双线行车时,桥梁的竖向动力响应差异较大,车辆的动力响应差异较小。根据风-车-线-桥耦合分析结果,结合现有的安全性和舒适性评价指标,提出大风天气下桥上行车的风速-车速阈值,当横向平均风速30 m/s时,应封闭线路。     

公路桥梁车桥耦合振动的随机响应分析

用结构动力学理论,建立了车辆过桥时车桥耦合振动响应计算模型.采用Newmark-β积分法获得车桥耦合振动响应数值解.讨论了车辆、车速、桥面不平顺、桥的阻尼等因素对桥梁冲击系数的影响.分析表明,在设计中应综合考虑这些参数对车桥耦合振动的影响.     

高墩大跨连续刚构桥的行车舒适性研究

桥梁不仅要满足行车要求,还必须满足行人和车辆通过时的舒适度要求,评价行车舒适性的标准一般基于车体的振动加速度。该文根据空间整车模型,得到车桥耦合的运动微分方程并编制了车桥耦合分析程序,计算了车辆过桥时车体各个方向的加速度响应;然后把可靠度与行车舒适性结合起来,以ISO 2631指标中的加速度上限值为破坏限值来拟合某一舒适性等级的极限状态方程,根据调查统计得到随机车流的参数分布特征,以某一高墩大跨桥为例,从可靠度角度评价车辆在该桥行驶过程中的舒适性。     

高墩连续刚构桥车桥耦合振动分析

为研究移动车辆荷载作用下车辆-桥梁系统的动力响应特性,以某三跨高墩连续刚构桥为对象,采用2轴7自由度车辆模型加载,探究车辆速度、行车数量及车辆载重因素对车桥系统动力响应的影响。结果表明：车辆的行驶速度基本不会影响桥梁的位移响应峰值,车辆以相同速度通过桥梁时,桥梁各跨的位移响应峰值存在差异,车桥发生共振时的车速为40 km/h;随着行车数量的增加,桥梁各跨跨中处于较大位移响应的持续时间明显加长,桥梁中跨跨中的位移响应峰值在2辆车行驶时取得极大值,而车辆的加速度峰值与加权加速度均方根值在6辆车通过桥梁时取得极大值;随着车辆载重的增加,桥梁的位移及加速度响应总体呈增长趋势,而桥梁的冲击系数与车辆各项动力指标的响应则呈下降趋势。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

药湖高架桥车桥耦合振动分析

为了确保通行车辆的安全和行车的舒适性,对药湖高架桥进行了车桥耦合振动分析。采用数值模拟和有限元相结合的方法分别计算了不同车速下的桥梁响应,并初步探讨了路面不平顺对车桥耦合振动的影响。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题。为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统（转为线性弹性体）,利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在两子系统基础上,搭建起高速列车-独塔斜拉桥刚-柔耦合大系统。利用线性滤波法并考虑空间竖向和横向相关性生成了空间脉动阵风,其作为外部激励输入车-桥系统中,选用Park数值积分方法进行了求解。在此基础上,通过时域/频域方法分析阵风激扰对车-桥系统的影响,并继续研究风攻角、行车速度对车辆安全运行的影响,并得到相应条件下的车速限值。研究结果表明：利用有限元与多体动力学方法结合的刚-柔耦合系统同时阵风作为激励输入,可以有效模拟风-车-桥系统;空间脉动阵风使得车-桥系统各动力学响应明显加剧,并激起车辆及桥梁的低频振动;车速提高使桥面低频及车辆中低频振动被激起,振动向更高频率移动;风攻角在60°~90°时影响最大;在预设条件下,车速为230 km·h^-1时,列车轮重减载率已超过安全限值（0.8）,此时列车在桥梁上行驶安全已无法得到保证。     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

行人被面包车碰撞的运动学规律

为了丰富人车碰撞事故运动学理论,同时为面包车碰撞行人事故的分析鉴定提供理论支撑,对20～110 km·h^-1车辆碰撞速度下行人被面包车碰撞后的运动规律进行研究。利用多刚体建模系统PC-Crash软件构建面包车与行人碰撞仿真模型,并通过仿真获得多种碰撞条件下行人碰撞后的纵向/横向抛距、抛射高度、抛射角度、空中旋转圈数、躯干合成速度和头部合成加速度等运动学数据。结合国家车辆事故深度调查体系（NAIS）中14例具有可靠数据的事故样本进行比较验证。定义并提出了行人被面包车碰撞后的拱推型运动形态,以区别于长头车碰撞的卷绕型和平头车碰撞的推掷型。结果表明：拱推型碰撞中行人会在瞬间被加速到车辆碰撞速度的111%～127%;在高速（110 km·h^-1）碰撞中,头部合成加速度值超过3 000 m·s^-2,头部损伤指标（HIC）值超过7 500;行人空中旋转不超过3圈,被抛高度不超过4.0 m,抛射角度介于6°～11°;行人抛距与车辆碰撞速度之间的关系可以用幂函数模型进行描述;碰撞接触位置、车型外廓参数、行人行走速度和行人碰撞姿势对行人被抛运动形态有一定程度的影响,相对标准碰撞的影响程度一般在5%以内,最大不超过10%（边翻型除外）;行人头部损伤安全界限（HIC值为1 000）对应的车辆碰撞速度约为55 km·h^-1;边翻型碰撞中行人的运动形态与拱推型差别较大,横向抛距最大可达12.0 m。     

城市快速路中央分隔带线性空间布局形式的视觉刺激对驾驶行为的影响

为探究城市快速路中央分隔带线性空间布局形式的视觉刺激对驾驶行为的影响，通过图像语义分割技术量化景观构成要素，并用SILAB软件平台构建虚拟仿真场景，开展模拟驾驶试验。测试路段限速值分别为50 km·h^-1和70 km·h^-1。试验获取了41名被试对中央分隔带布局形式视觉刺激的眼动和车辆运行指标以及驾驶疲劳的主观评价，以分析不同中央分隔带布局形式视觉刺激下各特征参数的变化规律。采用注视点信息熵作为布局形式视觉刺激度的量化指标，并使用ROC曲线方法为表征不同中央分隔带布局形式视觉刺激的驾驶行为指标确立了舒适性阈值，根据不同中央分隔带布局形式下的驾驶行为指标及阈值，建立了舒适性综合判别模型。研究结果表明：单次扫视时长、注视次数、车道横向偏移距离受布局形式视觉刺激的影响较大；与车速50 km·h^-1相比，当车速为70 km·h^-1时，扫视频率低，单次扫视时长短，注视次数少，平均眨眼持续时间长；注视点信息熵与视觉刺激度相关；由车辆运行特征分析可知，排列式的中央分隔带布局形式由于景观单调、视觉刺激过低会导致驾驶人出现反应迟缓、疲劳，影响行车安全；规则式布局形式视觉刺激过高，环境的复杂性、新奇性、意外性等特征过于显著，会导致驾驶人难以集中注意力，从而威胁行车安全；而自然式的布局形式不仅能够改善城市快速路景观环境的单调性，还能够提供适宜的视觉刺激。研究成果能够改善中央分隔带布局形式及提高驾驶安全性提供一定的理论依据。     

车辆动荷载对水闸交通桥结构安全的影响

为了研究水闸与市政道路联合布置时,闸上交通桥车辆动荷载对水闸结构安全和交通安全的影响,以上海市奉贤区南门港水闸为研究对象,建立三维有限元模型,采用线性时程分析法计算了车辆动荷载下交通桥的应力分布。经计算分析,车辆动荷载产生的应力主要由交通桥主梁承担,对水闸主体结构应力影响不大,闸路结合的方案总体是合理的;在不同的车辆参数(标准车辆和吊车,车速分别为60 km/h、80 km/h、100 km/h)和不同车流量下,交通桥主梁跨中应力峰值均不相同,因此为提高水闸运行的安全性,应对过闸车辆限速限载。     

动态交通荷载监测系统在桥梁工程中的应用

以某斜拉桥健康监测系统为基础,介绍了动态交通荷载监测系统的应用。通过动态交通荷载监测系统,得到特定情况下行驶车辆的出现及车辆的重量、车速、轴距、车辆类型以及有关车辆的其他参数。同时通过实际车辆荷载作用下桥梁结构响应与计算值的比对,得出桥梁结构实际承载能力情况,为今后该地区公路桥梁的运营提供真实的荷载依据,同时也为桥梁结构整体性能评价提供参考。     

基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来，因基础冲刷引发的桥毁事故频发，冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降，并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度。为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤，利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点，提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法。该方法选择典型三轴车制动作用作为动力激励，利用小波包对冲刷前后的车辆制动作用下桥墩顶纵桥向加速度响应进行分解，提出以小波包能量方差变化率作为冲刷识别指标，实现基础冲刷位置识别；进而通过数值模拟方法建立包含多种冲刷程度与对应测点冲刷指标值的样本库，拟合分析确定冲刷识别指标值与冲刷程度间的函数关系，通过识别出的各测点冲刷指标值基于模式反演方法实现冲刷程度的量化识别。一座混凝土连续梁桥工程实例的分析结果表明，该方法能够实现梁桥基础冲刷的定位和定量识别，抗噪能力强，且识别结果受桥面不平度、制动位置、车质量和初始车速等因素影响较小。该方法在试验过程仅需在桥墩顶安装加速度传感器，可借助常规的桥梁荷载试验项目实现，具有测试简便易行、识别精度好等特点，适于公路梁桥基础冲刷的快速检测。