独塔自锚式悬索桥车桥耦合振动响应研究

选用基于ANSYS和MATLAB的分离迭代算法,将车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别采用虚功原理和有限元法推导了两者的振动方程;以车桥接触点位移协调关系和力的平衡关系为联系,研究了独塔自锚式悬索桥在不同的路面不平整度、车速、桥梁阻尼下的动力响应问题。研究表明:路面不平度对桥梁动力响应影响很大,冲击系数随车速呈波形变化,增大桥梁结构阻尼比对降低结构的动力响应影响较小;现有规范冲击系数取值对该类桥梁结构设计偏于不安全,建议规范独立地给出悬索桥冲击系数的规定,并考虑路面等级、车速的影响。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能

为探究铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动特性与动力性能,以宜万铁路马水河大桥为工程背景,建立桥梁空间杆系有限元模型以及包含31个自由度的车辆模型,进行车桥耦合振动计算分析.通过动载试验测试桥梁的自振特性,并测试列车以不同速度通过桥跨和以一定速度在特定位置制动时桥跨结构的动应变、动位移以及加速度等动力响应.依据动载试验与车桥耦合振动计算综合分析马水河大桥的动力性能.研究结果表明:车桥耦合振动计算结果与实测结果吻合较好,桥梁结构动力响应满足规范限值,该桥具有良好的横向、竖向刚度与动力性能;实测桥跨结构及墩顶动力系数最大值为1.08,桥梁结构受行车及制动的动力作用不明显;列车的动力响应随车速的提高而增大,但均满足规范限值,具有良好的安全性与平稳性.      

斜腿刚构桥车桥耦合振动分析

由于车桥耦合振动的复杂性,以前大部分关于车桥耦合振动的研究都是以单梁为研究对象。以一辆三轴重车通过斜腿刚构桥为工程实例对多主梁桥梁的车桥耦合振动进行了研究。首先对路面粗糙度进行了实测,并对实测得到的样本进行功率谱分析。使用桥梁结构动力分析软件BDANS来模拟工况,通过插值得到梁与梁之间的竖向位移,并引入等效路面粗糙度以考虑桥梁的竖向变形对车桥耦合振动的影响。研究了不同车速和不同横向位置处的车桥耦合振动响应。     

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区（含隧道口、过渡段及桥台）开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.      

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

富山赣江特大桥车桥耦合振动响应及冲击系数研究

采用ANSYS和ETABS两种软件建立富山赣江特大桥有限元模型。运用MATLAB软件编写了车桥耦合振动求解程序,分析车速、路面等级两个因素对大跨波形钢腹板连续箱梁桥的动力响应和动力冲击系数影响,并将计算结果与现行规范计算值进行对比分析。研究结果表明:车速对于大跨波形钢腹板连续箱梁桥冲击系数的影响较复杂,冲击系数并不是随着速度增大而线性增大;路面状况越差,路面等级对桥梁冲击系数的影响较车速更明显;对于多跨波形钢腹板连续箱梁桥,相同车速及路面等级,不同主跨的冲击系数大小不同。在设计该类桥型时,建议采用主跨的最大冲击系数。     

双层公路钢桁梁桥车桥耦合振动

为研究车桥耦合振动对双层公路钢桁桥冲击效应的影响,基于分离法,以车轮与桥面接触点为界,将车桥耦合振动系统分为车辆与桥梁2个子系统,分别采用虚功原理与有限元法建立各自的运动方程,并通过车轮与桥面接触处的位移协调条件及车桥相互作用力的平衡关系相联系,采用迭代法求解系统响应。以某双层公路简支钢桁梁桥为研究对象,应用ANSYS软件建立三维梁格有限元模型,分析了车速、桥梁阻尼、桥面平整度及不同加载模式对车桥耦合振动的影响。研究结果表明:车速与双层钢桁梁桥冲击系数之间没有规律性的函数关系;桥梁阻尼增大,能使钢桁桥杆件内力、位移冲击系数适当降低;桥面平整度是车桥耦合振动的一个重要激励,桥面状况越差则车辆振动越强烈,对桥梁的整体和局部产生的冲击作用越大;单双层加载模式的不同对桥梁整体的动力响应改变不大,但是对局部动力响应的影响比较明显,应在桥梁设计时考虑局部冲击效应的影响。     

简支梁在行驶车辆下的动态响应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,提出了四自由度1/2车辆模型;应用广义虚功原理建立振动方程,并引用国标(GB/T 7031—1986)建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,求得了不同等级桥面的不平整度值;通过数值仿真得到不平整桥面简支桥梁在运行车辆作用下的时域响应,获得了相应冲击系数随桥面等级及车速变化规律。结果表明,桥梁冲击系数随着车速增加呈增大趋势;随着公路桥面等级变差呈非线性增大,桥面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

三线合一、三塔悬索桥风-车-桥耦合振动性能对比

以某三线合一、三塔悬索桥的2种设计方案(钢箱桁和钢桁方案)为工程背景,通过车桥系统节段模型风洞试验,测试了车辆和桥梁的三分力系数,并基于风-车-桥系统空间耦合动力学模型,采用自主研发的桥梁分析软件BANSYS,对比分析了该桥的结构动力特性与风-车-桥耦合振动性能。分析结果表明:三线合一、三塔悬索桥结构自振频率较低;车辆气动力受轨道位置的影响较大,钢桁方案迎风侧车辆阻力系数约为钢箱桁方案的2.2倍;当风速为0时,桥梁、车辆的动力响应总体上是随车速的增大而增大,在同一车速下,钢桁方案的桥梁位移较钢箱桁方案大,主要是由于钢桁方案的桥梁整体刚度略弱于钢箱桁方案;当考虑风速影响时,桥梁的横向响应随风速的增大而显著增大;车辆位于迎风侧,风速为25m·s~(-1)时,钢箱桁方案和钢桁方案的桥梁横向位移约分别为风速为15m·s~(-1)时的位移的2.4倍和3.8倍,横风对桥梁的横向响应起主导作用;同一风速时钢桁方案的桥梁响应总体上较钢箱桁方案大;同一方案时车辆响应随风速的增大而增大,当风速达到25m·s~(-1)时,车辆动力响应显著增加,相比15m·s~(-1)时最大增加幅度为71.6%。     

连续刚构桥梁车桥耦合竖向动力行为分析

以广州地铁6号线高架3×36 m连续刚构桥梁为基本实例,通过动力学有限元分析程序MSC.DYTRAN建立了车桥耦合分析模型;通过大量的参数分析,在一定范围内总结了连续刚构桥梁结构参数变化以及车速变化,对结构动力系数、车体竖向加速度的影响;研究结果表明：对于广州地铁6号线采用的3跨连续刚构桥梁而言,结构边跨跨中动力系数随着主梁线刚度的增大,呈增大的变化趋势;车速是影响结构动力系数变化的主要因素之一,当列车轮对的加载频率与结构的1阶竖向自振频率接近时,动力系数明显增大,并且随着车速提高,动力系数总体呈增大的趋势;车体竖向加速度随着主梁线刚度增大而减小,而随着车速的提高而增大。     

基于车桥耦合的钢-混结合段刚度平顺性分析

为了研究混合梁桥结合段动力平顺性问题,针对某混合梁独塔斜拉桥,将结合段按刚度等效换算为同一种材料,建立桥梁有限元模型;基于9个自由度的三轴车辆模型,根据规范规定的路面粗糙度谱,用三角级数法模拟了B级粗糙度样本,采用Newmark-β法求解车桥系统运动方程,建立了汽车-桥梁垂向耦合振动仿真模型.在此基础上,编制了车桥耦合振动分析程序,求解了桥梁结合段和车辆的动力响应. 研究结果表明:路面粗糙度下降一个等级,桥梁结合段竖向加速度增加一倍;从动力性能角度分析,钢-混结合段钢格室全填充时的刚度平顺性略优于半填充时的刚度平顺性.      

SD型模数式伸缩缝耦合动力学研究

以SD型模数式伸缩缝为研究对象,运用有限元分析软件ABAQUS对SD型模式伸缩缝进行耦合(竖向和水平)动力学研究。其中,建立了完整的耦合动力学理论模型,模拟在行驶的汽车通过伸缩缝时,伸缩缝中梁竖向和水平向振动响应特性。研究结果表明:不考虑车辆制动力以及不同车速情况下,伸缩缝中梁竖向振动位移与水平振动位移之间几乎没有什么影响。因此,对伸缩缝竖向和水平向振动响应研究时可以单独进行研究,从而可以简化研究,提高效率。制动力对伸缩缝水平振动位移影响比较大。如果考虑制动力的影响,水平振动位移的增大会对伸缩缝结构产生不利的影响。不考虑制动力情况下,采用德国规范分析得到的水平振动位移最大值为0.235 mm,采用我国规范并忽略制动力下分析得到最大水平振动位移几乎接近于零;而最大竖向振动位移比按照我国规范并忽略制动力影响的条件下分析得到的小21%。在不同速度80 km/h,120 km/h条件下,采用德国规范分析得到的伸缩缝最大竖向振动位移与我国规范分析得到的相比分别小16%和19%。     

基于MATLAB的非独立悬架振动特性分析

为研究非独立悬架在路面行驶时外界环境对车身振动响应的影响,建立了简化的四自由度1/2车辆悬架系统的线性模型;运用随机振动的基本理论,以路面不平度的功率谱密度为输入分析路面不平度等级、行驶车速和车身质量对车身振动的影响。通过MATLAB实例分析,表明车身振动随车速和路面不平度的增加而增大,在不超载的情况下提高承载质量有利于减小车身的振动。     

波浪作用下跨海大桥列车走行性研究

针对平潭海峡大桥所处海洋环境复杂恶劣、波浪会影响列车的安全性和舒适性问题,基于车-桥耦合动力仿真方法,利用自主研发的桥梁有限元软件BANSYS(bridge analysis system),分析了极端波浪荷载作用下车辆和桥梁的动力响应,讨论了波浪荷载重现期、车速、水深和桥墩刚度等因素的影响.研究结果表明:波浪荷载对车桥系统的响应影响显著,当波浪荷载重现期为50 a时,桥梁跨中横向位移超限;当波浪荷载较大时,波浪对列车走行性起主要控制作用,当波浪荷载较小时,车桥系统的动力响应对车速较为敏感;低桩承台方案可有效降低波浪荷载作用下桥梁和车辆的动力响应;桥墩基础采用常用的不同标号的混凝土对行车安全性和舒适性影响较小,车辆最大横向加速度相对变化幅值最高达3%.     

桥隧过渡段重载车辆冲击响应分析

考虑车辆的纵向转动与倾覆,将重载车辆通过桥隧过渡段的过程视为一定初始条件下的受迫振动.根据D'Alembert原理,建立了车辆与路面的动力耦合计算模型,并给出振动方程,利用Laplace变换,对车辆的动力响应进行分析,求得车辆各轮胎对路面最大作用力随时间的变化规律.研究了车辆载质量、货物位置、行车速度与差异沉降对汽车动力响应的影响,实测了汽车的加速度,并对计算结果进行了验证.分析结果表明:差异沉降、行车速度以及车辆载质量的增加均使车辆对路面的冲击力增大,影响程度由大到小依次为车辆载质量、差异沉降、行车速度;货物位置对车辆冲击力的影响较小.     

运行列车引起基础—结构体系振动的三维数值分析

以ansys为计算平台,建立了列车—轨道—基础—结构的三维动力相互作用分析模型,分析了列车运行引起的环境振动问题及对周围结构的影响,结果表明:在软土情况下,列车引起的建筑物的竖向振动比较大；建筑物的振动也基本随车速的增大而在增大；轴重大的货车引起的振动响应比客车要大；改变建筑物的自身结构刚度特性对水平向加速度的改变较明...     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

地铁运营对沿线不同基础型式建筑物的振动影响

为研究地铁运营时,不同基础型式建筑物的振动响应规律,对独立基础、条形基础和桩基的五层框架结构,进行了1~80 Hz频段的竖向(水平向)振动位移、速度以及加速度分析,得出:1三种基础型式,建筑物一层地面中心的竖向振动位移、速度和加速度普遍大于水平向振动位移、速度和加速度。2独立基础和条形基础,随着楼层的增大,水平向振动加速度增大。桩基水平向振动加速度从第1层到第4层,无明显规律。第5层的水平向振动加速度普遍大于前4层的振动加速度。竖向振动加速度随楼层的增大,都没有明显规律。