基于LS-DYNA的偶数跨刚构-连续梁桥车桥耦合振动分析

基于一偶数跨刚构-连续梁桥(跨径组合为65 m+2×110 m+65 m=350 m),利用动力有限元软件LS-DYNA建立了车桥耦合仿真简化分析模型,其中桥梁模型采用实体单元模型,车辆采用12自由度的简化模型。通过现场跑车试验对比分析了实桥测试动力响应与车桥耦合仿真分析结果,分析表明两者结果吻合良好。同时,针对该刚构连续梁桥,分析了同等跨径组合情况下不同结构类型(连续梁桥和连续刚构桥)的车桥耦合动力响应,对比分析了三种不同结构类型各控制截面的动弯矩、动挠度响应。结果表明:同等跨径组合情况下,连续刚构桥跨中的动挠度和动应变值最小,而墩顶的动应变值要大于其他两种结构类型。     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

基于车-桥系统耦合振动理论的大跨PC连续刚构桥冲击系数研究

在分析车-桥系统耦合振动研究资料的基础上,推导了基于自身假设条件下的车-桥系统耦合振动的运动方程组.利用VC 编制了可用于车-桥系统耦合振动分析的专业程序CQZD.以2座大桥为例,分析了桥梁基频对大跨PC连续刚构桥冲击系数的影响,并将算例中的冲击系数计算结果同按规范JTG D60-2004计算的结果进行了比较.结果表明:桥梁基频对冲击系数的影响比较显著,冲击系数随基频的降低而降低.     

支承方式对小半径连续曲线箱形梁桥受力性能的影响研究

由于构造方面的原因,曲线桥存在“弯-扭”耦合作用,由于小半径连续曲线箱形梁桥曲率半径较小,其“弯-扭”耦合作用更加明显,为了讨论和验证支座的布置方式对小半径连续曲线箱形梁桥受力的影响.通过改变小半径连续曲线箱形梁桥支承方式,采用梁格法来建立有限元模型,分析支承方式对小半径连续曲线箱梁梁桥纵向弯矩、扭矩和支座反力的影响.数据表明,双支座可以有效减小小半径连续曲线箱形梁桥的扭矩,可以使内、外侧支座的支反力趋于相等,使小半径梁桥受力更加合理,但是对纵向弯矩的影响较小.     

基于监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法研究

为快速、准确评估拱桥吊杆振动冲击效应,提出一种基于连续动力监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法。该方法以日常交通荷载作用下吊杆连续动力响应数据为基础,对实时冲击系数进行频次统计,得到标准日概率密度谱;采用车-桥耦合振动数值方法计算吊杆冲击系数,确定与之对应的标准日概率密度谱分位点,给出分位点合理取值建议,并以该分位点的实时冲击系数作为快速估算值。将该方法应用于一座刚性吊杆钢拱桥中,基于动应变监测结果,统计7根吊杆实时冲击系数概率分布,结合车-桥耦合振动数值计算结果进行分析,得到:日常交通荷载作用下,吊杆实时冲击系数概率密度曲线具有良好的稳定性,标准日概率密度谱合理;建议取实时冲击系数标准日概率密度谱上85%～90%分位点对应的实时冲击系数作为吊杆冲击系数快速估算值。     

基于桥面实测的刚构桥冲击系数分析

基于三维车辆模型和车-桥耦合分析程序,利用接触面间的位移协调条件与力相互作用建立车-桥耦合振动方程;以某大跨度连续刚构桥为工程背景建立桥梁有限元模型,以桥面不平整作为系统的自激激励源,分别采用有限元软件和MATLAB车-桥耦合振动分析程序,在实测桥面数据下对整体模型在车辆作用下的动力响应和冲击系数进行分析,并对国内规范和国外几种常用规范计算的冲击系数进行对比分析。     

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。     

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数，在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入，对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测。结合自编的车桥耦合（VBI）单元，建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型，通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性。在此基础上，引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱桥研究对象，输入规范规定的A~D级不平顺，研究车速、车重和桥梁基频对系梁冲击系数的影响。研究结果表明：汽车通过周期间隔布置的减速带时会形成稳态激振，当激振频率接近桥梁的前2阶基频时，引起的系梁动挠度响应最大；系梁的汽车荷载冲击系数随着桥梁基频的增加呈现出先增大后减小的趋势，当小汽车（总重低）行驶于差桥面（D级不平顺）时，规范值明显低估了系梁的冲击系数。     

高速铁路40 m简支箱梁动力响应分析

为研究高速铁路40m简支箱梁桥在列车作用下梁体及车体的动力特性及影响因素,建立车-桥耦合动力分析模型,考虑不同的桥梁刚度、轨道不平顺和残余徐变,分析梁体跨中动挠度、竖向加速度,车体脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、竖向加速度等动力特性。结果表明:梁体跨中动挠度和梁体竖向加速度受轨道不平顺幅值和残余徐变上拱幅值的影响较小;列车的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力和车体竖向加速度受轨道不平顺幅值影响较大,各项指标最大值与高低不平顺幅值呈线性关系;残余徐变上拱幅值越大,轮重减载率和车体竖向加速度越大。     

钢筋混凝土连续曲线箱梁桥剪力滞效应研究

针对连续曲线箱梁桥的结构形式,重点研究了钢筋混凝土连续曲线箱梁桥的剪力滞效应。通过运用大型有限元通用软件ANSYS．对不同因素变化下的钢筋混凝土连续曲线箱梁桥进行建模分析。在实桥荷载试验的基础上,计算各种工况作用下箱梁梁体的挠度、应变应力及剪力滞系数值;分析曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响。研究结果表明曲率半径对连续曲线箱梁的剪力滞效应有较大影响,因而在曲线箱梁的设计中应加以考虑。     

齐齐哈尔嫩江公路大桥动载试验研究

通过对齐齐哈尔嫩江公路大桥变截面连续箱梁桥在汽车荷载作用下的振动问题进行实桥测试和理论分析,测定其动态特性及在移动车辆荷载作用下的动态响应,了解该桥在动荷载作用下实际工作状态,从而判断该桥整体结构的安全承载能力和使用条件.     

洛溪大桥挠度长期观测结果

洛溪大桥全长1916.04m、主桥上部结构为预应力混凝土连续刚构,基础为φ1.5m钻孔灌注桩,矩形断面薄壁空心墩。该桥具有桥高、跨大、结构混凝土标号高等特点。为全面了解该桥混凝土的收缩徐变及结构在常载作用下的变形规律,保证桥梁运营的可靠性,对该桥进行了为期三年的挠度观测。叙述了测点布置、观测时间与方法以及观测结果。表明:该桥通车约一年半时,180m跨中挠度值为整个三年观测期挠度的80％;六条观测挠度变形曲线规律性良好,结构在常载作用下无异常情况出现;通车三年后,180m跨中最大挠度仅为跨径的L/2831,说明结构设计控制合理,大吨位预应力张拉质量良好,预备束暂可不张拉。     

风-列车-桥系统耦合振动研究综述

风-列车-桥（简称风-车-桥）系统耦合振动涉及多学科交叉,是双重随机激励作用下的时变耦合系统,是研究列车抗风安全性的主要方法之一。从提出风-车-桥的概念以来,国内外学者对此进行了大量的研究,取得了积极的进展,为进一步促进风-车-桥系统耦合振动的研究,从车-桥系统风荷载、车-桥耦合模型、风-车-桥耦合模型三部分出发,对风-车-桥系统研究的一些重要成果进行回顾和介绍。其中,车-桥系统风荷载部分包含静风力、抖振力（脉动风模拟和气动导纳）、风载突变效应3个方面;静风力方面,回顾车-桥静动态系统气动特性的风洞试验方法及数值模拟方法,讨论不同试验和分析方法的优缺点及其适用的情况;抖振力方面,介绍脉动风模拟方法以及气动导纳的计算方法;风载突变方面,介绍横风作用下列车过桥塔及双车交会时风洞试验和数值模拟方法。车-桥耦合振动模型部分,回顾车辆分析模型和车-桥系统的求解方法。风-车-桥耦合模型部分包含分析模型、耦合机理和实际应用3个方面,回顾风-车-桥系统的耦合机理,结合实例介绍风-车-桥系统耦合振动方法的实际应用。最后,结合当前风-车-桥系统研究的不足之处,提出车-桥动态系统气动特性的风洞试验技术、风-车-桥系统的精细化分析模型、现场实测、可靠度及其评价准则是其今后的主要研究方向。     

公路车-桥耦合振动的理论和应用研究进展

为了推动公路车-桥耦合振动理论的发展和仿真技术的广泛应用,从公路车-桥耦合振动理论研究和应用研究2个方面系统性梳理了公路车-桥耦合振动相关领域的学术研究现况、既有研究成果、发展前景、存在的问题和对策。理论研究方面,系统总结了车-桥耦合振动研究中车-桥、桥梁、路面不平整度等参数的数学模型和车-桥耦合时变系统动力学方程的数值解法。基于调研和分析发现,经过国内外学者长期的努力,车-桥系统数值模型已经可以越来越真实地模拟实际车辆、桥梁以及路面不平整度等其他条件因素。在未来的研究中应持续改进有限元建模技术和优化数值算法,以进一步提高车-桥耦合振动仿真分析的精度和效率,扩展其应用范围。应用研究方面,以桥梁动力冲击系数、桥梁疲劳分析、桥梁结构损伤识别、桥梁振动控制、桥上行车舒适性以及桥上车辆荷载动态识别等6个问题为例,综述了车-桥耦合振动仿真技术在桥梁安全相关研究领域的应用现状,并对目前研究仍存在的局限和后续的研究方向进行了初步探讨。研究表明,车-桥耦合振动仿真技术已成为众多相关研究领域内的重要研究方法,在部分研究领域已展现了良好的应用前景。后续研究中,一方面应针对具体问题的特点改进车-桥耦合振动模型的适用性和计算精度,另一方面应针对具体研究问题进一步完善相关理论,并从工程实用性角度提出新的或改进的技术和方法。     

输入地震动维数对FPB隔震曲线桥地震反应的影响

为了研究摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的空间耦合效应,分析了输入地震动维数对摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的影响.基于空间有限元方法,采用能考虑动轴力影响的多维耦合FPB恢复力模型,以一座2联6跨的预应力混凝土连续箱梁桥为例,输入3条强震记录,分别进行了一维、二维及三维地震动下的非线性时程反应分析及其对比分析.结果表明:输入地震动维数引起的耦合效应对隔震曲线桥梁的地震反应有重要影响;输入地震维数对支座的力-位移滞回曲线形状有较大影响;FPB隔震曲线桥的支座位移大小与输入地震动的维数有关.     

基于车轮与桥面耦合关系变换的车桥系统振动耦合求解

提出一种新的直接求解车-桥系统振动响应的方法,即把车-桥系统作为一个整体来考虑,通过变换车轮与桥面对应点间的耦合关系来实现车辆移动,从而使车-桥系统振动响应的求解更加简便和实用化;将该程序计算结果与理论分析结果、ADAMS软件计算结果及模型试验结果进行对比;应用该车-桥相互作用分析程序研究了在2种路面粗糙度条件下的车-桥系统竖向响应,并进行了对比分析.结果表明:提出的程序计算结果正确、可靠;车-桥系统的竖向加速度及车轮与桥面之间的相互作用力受路面粗糙度影响较大.     

重载铁路连续刚构桥梁竖向共振监测分析

黄河特大桥为神华大准铁路(重载铁路)增二线上跨度为(96+132+96)m的三跨预应力混凝土连续刚构桥,由于线路运能提升的需要,拟将C80B和KM70列车通行速度由60km/h提升至约80km/h。为对提速后的黄河特大桥进行适应性评估,分别采用光纤光栅应力传感器、挠度传感器及振动传感器对列车编组提速过程中的桥梁应力、挠度及振动响应进行监测分析,并分析了桥梁发生竖向共振时的列车临界速度。结果表明,当KM70列车以74km/h的速度通过桥梁时,列车激励频率与车-桥耦合体系的竖向有载频率接近,桥梁挠度变化幅度及应力幅较大,且动力系数超过规范值,由此判断桥梁发生了竖向共振。建议KM70列车不提速或提速前对桥梁进行减振处理,并采用车-桥耦合方法对桥梁竖向共振进行深入分析。     

路面平整度及车辆振动模型的研究综述

为了在车-路或车-桥相互作用的耦合体系中更准确地模拟由路面不平整度引起的车辆动荷载,以及分析由动荷载引起的路面动响应,论述了路面平整度的各种定义,回顾了路面平整度的各项评价指标、评价方法及各种评价指标之间的关系。分类阐述了针对各种评价指标的现场检测方法及仪器,分析了路面平整度的各种数值模拟方法,并推荐了更符合实际情况的平整度数值模型,介绍了用于分析路面不平度引起的车辆动荷载的各种车辆振动模型。最后总结了研究路面平整度评价指标、不平度的数值模拟方法及车辆振动模型的发展趋势,提出了用于分析车辆与路面作用的耦合振动体系的各项参数的采用建议,为研究车辆随机动荷载作用下的路面或桥面动响应提供了理论依据。     

考虑车辆位置影响的风-车-桥系统耦合振动研究

风-车-桥耦合振动系统中车辆位于桥道的气动绕流之中，车辆所受气动力与车辆位置密切相关。首先测试了车辆位置对车辆及桥道气动力的影响，建立了空间耦合的风-车-桥系统分析模型。以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景，采用自行研发的桥梁结构分析软件BAN-SYS，对比分析了车辆位于桥道迎风侧和背风侧时风-车-桥系统的耦合振动情况。分析结果表明，风-车-桥系统耦合振动分析中考虑车辆位置的影响是必要的。     

支承方式对小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥受力性能的影响研究

由于构造方面的原因,曲线桥存在"弯-扭"耦合[1]作用,由于小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥曲率半径较小,其"弯-扭"耦合作用更加明显,为了讨论和验证支座的布置方式对小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥受力的影响。该文通过改变小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥支承方式,采用粱格法来建立有限元模型分析支承方式对小半径鱼腹式连续曲线箱梁梁桥纵向弯矩、扭矩和支座反力的影响。数据表明,双支座可以有效减小小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥的扭矩,可以使内、外侧支座的支反力趋于相等,使小半径鱼腹式梁桥受力更加合理,但是对纵向弯矩的影响较小。该文的结论对今后的设计工作有一定的指导意义。