车路耦合条件下沥青混凝土路面变形特性时域分析

考虑路面不平整度激励下车路耦合振动的研究主要是在频域范畴内利用线弹性模型进行。利用有限元方法建立了考虑路面不平整度因素的车路耦合非线性数值模型,分别研究了不同路面不平整度、不同车辆行驶速度、不同车辆载重和不同路基强度等影响因素下的道路结构振动响应情况。考虑道路结构本身的复杂性,每一结构层对振动的响应均会表现不同,为了突出和便于比较影响因素下的变化趋势,故取路表位移响应作为研究对象。研究发现:无论在何种路面条件下行驶,道路位移响应都可以明显地分为3个阶段,暂称为:车辆临近、车辆进行和车辆离去;路面平整度越差,路面结构位移也越大,C级路面下的最大位移量是A级路面的1.31倍;路面响应的最大位移峰值主要受车辆自重影响,而在车辆进行阶段出现的一些小的位移振动峰值主要受路面不平整而引起的随机振动影响,而且这些小的振动峰值随着路面不平整度的变差而增大,随着车辆行驶速度的增大,路面最大位移量变小,但是最大位移量的变化幅度很小,趋势不是很明显;车辆超载后,路面最大位移量增大明显,超载比例达到100%情况下,路面变形增大幅度在50%~109%之间;路基强度降低后,路面最大位移量明显增大,路基强度降低28%后,路面变形增大幅度在15%左右。     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加，并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励，进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此，考虑电机的电磁激励，建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型，推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式，以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率，根据频率分布进行了截断阶数选取，并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上，研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下，激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小，弹性支撑对路面响应的影响越大，弹性支撑边界条件下的路面响应较小，电机激励会引起路面响应的增加；弹性支撑边界条件下，路面不平顺幅值和路基反应模量越小，考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大，激励形式对轮胎动载荷的影响最大，对车身加速度的影响次之，对悬架动挠度的影响最小；电机激励导致轮胎动载荷增加，对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。     

参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响分析

为了分析路面结构参数变化对沥青混凝土路面结构动力响应的影响,采用有限元软件ABAQUS将汽车荷载简化为移动的均布荷载,用8节点等参元模拟路面结构,改变结构层厚度、弹性模量、泊松比等参数以及行车速度对路面结构进行动力分析.通过大量的数值模拟表明,路面各结构层厚度以及弹性模量的增加都会使路表最大弯沉减小,基层泊松比增大时路表最大弯沉呈增大趋势,其他结构层泊松比的增大则使路表最大弯沉呈减小趋势,且经过仿真发现车辆以90 km/h的速度通过时路表最大弯沉和上面层的最大拉应力均较小.     

车-桥系统在路面随机谱激励下放大效应的归类分析

提出了在路面随机谱激励下,将多个参数变量进行分离,两两组合,并按不同基准对车-桥振动的动力放大效应进行归类分析的方法。建立了考虑路面随机激励的车-桥振动微分方程组,计算了系统中的动力放大系数并赋予其点、线、面的几何意义;定义了路面不平顺谱放大系数,并以响应类型、车速、路面不平顺等级为标准进行了计算、归类分析。结果表明:车-桥系统的动力放大效应总体上随车速及路面不平顺等级的增大而增大;在不同路面不平顺等级下,桥的动力放大系数小于车的动力放大系数;同时,路面不平顺等级显著影响车与桥的动力放大系数;工程上应重视对路面的维护,以减小对桥梁结构的冲击,降低车辆行驶的振动。     

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。     

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。     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力参数化分析

针对旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的路面改造工程,为提高加铺层使用性能,有效防止形成反射裂缝,本文应用有限元计算法,建立车辆荷载作用下路面结构应力的计算模型,分析了路面结构参数对应力结果影响,并采用正交分析法进行了结构层参数变化的敏感性分析。结果表明,随着车辆荷载的作用下,应力吸收层受到的等效应力较面层大,且呈线性增长;随着不同结构层厚度和模量的增大而有相应的增减;对不同加铺结构层的等效应力而言,各因素影响程度不同,对面层的而言,吸收层厚度为主要影响因素;对吸收层的而言,吸收层模量为主要影响因素。     

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。     

柔性基层耐久性沥青路面结构力学分析

为给柔性基层耐久性沥青路面结构设计提供依据,通过对不同的沥青总厚度、相同总厚度下不同层厚度组成、不同的弹性模量等各结构层参数的最值进行组合,分别分析了各种参数组合对不同控制指标的影响,利用Minitab数据分析软件对数据库内的数据进行回归分析,推导出力学响应模型,衡量了各结构层参数对路面结构力学指标的影响。研究表明:沥青层的总厚度是沥青层层底拉应变指标的主要影响参数;柔性底基层厚度是土基顶压应变指标的主要影响参数;柔性底基层动模量参数对各指标值均有显著影响;土基模量是路表弯沉值和土基顶压应变指标的主要影响参数。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

铁路简支梁桥基础刚度的静动力影响研究

为考察基础布置形式对桥梁静、动力性能的影响,设计一座55跨不同墩高的双线简支梁桥,采用有限元法分析对比2种基础自身刚度差异和基础-墩组合刚度差异,及桥梁结构动力特性和车-桥耦合振动特性.研究结果表明,考虑基础刚度后所得基础-墩身组合刚度较墩身刚度下降明显,横桥向刚度下降尤其显著;基础刚度对桥梁结构的自振特性影响有限;车辆通过桥梁时,车辆动力响应对桩基础布置形式的差异不敏感;基础刚度对桥墩顺桥向振动幅值影响较小,对桥墩横桥向振动幅值影响较为明显.在高速铁路上,应当考虑基础刚度对桥梁横向振动的影响.     

基于复杂场地及行车条件的交通振动影响研究

采用四自由度车辆振动模型,全面而系统地预测多种条件下的交通振动影响程度,并从振源条件、波的传波途径、传播介质的材料特性选用参数进行计算场地的振动响应。同时,将车辆振动理论与考虑粘性边界条件的有限元法相结合,提出了一种考虑行车条件、路面平整度以及复杂场地条件下振动波传播路径影响的交通振动预测方法。工程实例的分析结果表明,随着车辆载重增大、行车速度提高以及路面平整度下降,车辆轮胎击地反力有一定程度的增大;隔振沟可以有效地控制交通振动引起的加速度和速度响应,但对减轻位移响应效果不明显。     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

路桥过渡段动力测试及病害劣化机理研究

为了研究路桥过渡段不同区域的环境振动规律,针对109国道桑干河大桥过渡段,现场测试了不同车组匀速通过过渡段时路面结构的振动水平,分别从振动加速度时程、振动加速度频谱及振动加速度振级分析路面结构动力响应特性。由研究结果可知:振动加速度随距桥台距离的减小而增大,桥台附近桥面结构的振动加速度最大;在大型车辆附加荷载作用下,桥面结构主要为低频振动,小型车辆主要引起桥面结构的高频振动;加速度振级随车辆载荷的增大而增大,由于"跳车"现象,桥台附近桥面加速度振级最大;结合过渡段动力响应规律,控制过渡段沉降差是公路过渡段研究的重点。     

曲线钢管混凝土组合桁架梁桥车桥耦合响应分析

为研究曲线梁桥在匀变速车辆作用下的车桥耦合效应，以干海子特大桥第1联为研究对象，通过建立二轴七自由度车辆整车模型，采用有限元分析方法，分析了匀变速行驶车辆加速度、桥面不平度、车辆离心力等参数对曲线钢管混凝土桁架梁桥动力响应的影响。研究结果表明：匀加速行驶状态下曲线钢管混凝土桥梁动力响应得到增强，桥梁外弧侧扭转趋势加大；匀加速行驶车辆加速度、离心力、桥面不平度对桥梁结构影响较大；桥面不平整度能够显著影响结构竖向动位移响应；曲线桥梁考虑离心率作用能够更加准确反映结构真实响应；匀加速车辆作用下该桥梁结构动位移冲击系数为匀速车辆状态下实测值的3～4倍，为规范取值的6～9倍；由于桥梁结构存在某一特征速度使得结构达到共振效应，各种动力响应在此速度处发生由增大到减小的突变。     

三自由度车辆模型在差异沉降指标确定中的应用

在对不设桥头搭板的路桥过渡段路面进行简化后,建立了三自由度车辆垂向振动系统分析模型,通过模态分析方法求解并计算了车辆上桥和下桥时的人车系统的位移响应和加速度响应;利用所建的车辆模型对经过路桥过渡段时的振动特性进行了评价;并详细分析了行进方向、车速、桥面沉降坡差、车辆载重等参数对差异沉降控制指标的影响.     

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。     

路桥过渡段容许台阶高度确定的参数影响

采用5自由度车辆模型,考虑上桥和下桥两个方向以及车路耦合的影响,给出了车辆通过不设搭板的路桥过渡段进行动力响应分析所需的振动方程、初始条件和前后轮下路面位移,并提出以人的振动频率和最大瞬态振动值作为容许台阶高度确定的控制指标。在动力响应分析的基础上,详细分析了行进方向、车速、车辆载重等参数对容许台阶高度的影响。     

春融期重载车辆-路面-路基垂向动力分析模型

针对季节冻土区春融期重载车辆作用下道路病害突出的问题,以三轴重载汽车为例,建立季节冻土区春融期重载车辆-路面-路基体系垂向动力学物理模型;基于D' Alembert原理推导了重载车辆、路面和路基冻结层的振动微分方程,并采用Wilson-θ法对动力方程求解。数值仿真结果表明:建立的路面-路基体系模型能够反映季节冻土区春融期路基呈层状分布且刚度软化的特性;随着车体质量增加和路基融化层刚度的降低,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值基本呈线性增加;车辆行驶速度增大,路面振动加速度平均峰值增大,优势频段数目增多、优势频率增大;路面振动位移平均峰值呈锯齿型;路基冻结层厚度增加,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值降低,当其厚度大于0.3 m后趋于稳定。