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。     

大跨度双层钢桁梁悬索桥的车桥耦合振动研究

将车道荷载效应乘以冲击系数,可以得到桥梁设计中车辆的活载效应。因此,可以反推车道荷载,得到确定的交通车流分布,以此来计算桥梁的响应和冲击系数,以检验规范所获得的冲击系数是否合适。结果表明,桥梁位移响应主要与车辆行驶速度有关,与路面不平整度无明显关系;桥梁的内力响应与路面不平整度有关;路面粗糙度对主梁垂直位移、梁端挠度和塔顶垂直位移影响不大。     

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。     

汽车荷载作用下空心板桥空间动力冲击效应

根据空心板桥结构特点,运用梁壳组合模型和铰接梁模型模拟空心板桥,考虑桥面不平顺影响,建立三维车桥耦合振动模型分析空心板桥动力特性,研究不同车速、行车道位置及路面状况对空心板桥冲击系数的影响,并将理论值与实测值进行对比.研究结果表明：空心板桥动力特性梁壳组合模型与实测值更接近;车速在12～16 m/s时,空心板桥位移冲击系数随速度有明显共振节拍,随着路面不平顺恶化,速度节拍影响不明显;位移冲击系数与应变冲击系数并不完全一致,跨中位移冲击系数略大于应变冲击系数,1/4位置应变冲击系数略大于位移冲击系数;实测与数值模拟的空心板桥冲击系数均满足现行规范要求.     

连续梁在行驶车辆作用下的动态反应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,把车辆视为二维非线性模型,并考虑到桥面的路面不平度影响,应用虚功原理和模态叠加法分别建立振动方程,在车辆与桥梁接触点采用接触力和位移协调的条件,利用迭代技术求解二者之间的相互作用力。以一座三跨连续梁为例,计算了该桥的动挠度曲线和相应的冲击系数。结果显示车辆在边跨行驶时中跨跨中截面的冲击系数要远大于车辆在中跨行驶时的冲击系数,桥梁在车辆动荷载作用下的冲击系数与车辆动力特性、车速、桥梁动力特性以及路面不平度等密切相关,仅仅看作桥梁基频的函数是过于简化的。     

桥头跳车对路面结构的冲击效应研究

基于车-路耦合动力学模型,研究桥头跳车对路桥过渡段路面结构的冲击效应.分析了考虑车-路耦合作用对路面冲击效应的影响,研究了车辆冲击系数和路面振动响应随路面弹性模量、路基反应模量的变化规律,提出了路桥过渡段的道路设计建议.结果表明:考虑车-路耦合作用后,车辆冲击系数和有效影响范围均有所减小;路面弹性模量、路基反应模量对车辆冲击系数影响不大,但对路面振动响应影响较大;路桥过渡段的路面结构设计应考虑路面动力响应,采用车辆冲击系数作为标准轴载的放大系数偏危险,建议采用路面动力反应系数;从控制路面振动角度出发,路桥过渡段宜选择柔性路面,同时路基反应模量应超过200 MPa/m.     

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。     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

50m简支T梁桥行驶舒适性多因素评价及提升研究

佛山市某50 m跨径预应力混凝土简支T梁桥存在车桥耦合振动现象,影响行车的舒适性。通过对该桥进行试验研究,分析车速、车重及桥面平整度对桥梁动力响应和舒适性的影响,发现车速、车重和桥面不平整度的增大会使行人和行车的舒适性降低,但车重增大,冲击系数反而降低。利用有限元软件建立车桥耦合模型,确定采用将简支梁桥改造为连续梁桥的方案,该方案能有效降低主梁动力响应,提高行驶舒适性,有助于指导后续类似桥梁改造。     

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。     

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。     

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.     

车辆作用下桥梁冲击系数分析

应用达朗贝尔原理推导了1/4车辆模型和桥梁的振动平衡方程;采用三角级数法生成各级桥面不平度序列;用数值方法分析了桥面平整度、车速及车辆参数对桥梁冲击系数的影响。结果表明:桥面不平度对桥梁冲击系数影响很大;冲击系数随着速度的增加而发生波动;合理的车辆参数可以减小对桥梁的冲击作用;车辆固有频率同样是影响冲击系数的一个不容忽视的因素。     

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.      

开县赵家大桥振动特性研究

桥梁在车辆作用下的振动是一种多因造成的振动,与桥梁动力特性、车辆特性、车速、车-桥耦合作用、桥面平整度等诸多因素有关。通过对导致赵家大桥冲击振动的实测数据的系统分析和研究,结果表明:车辆冲击对于非特大跨桥梁,当车速在10~20 km/h时对桥跨会造成更多的动响应,冲击系数峰值出现在10~20 km/h;当大桥的自振频率与试验用三轴车自振频率相接近时,即使在桥面平整度良好的情况下,车-桥频率耦合振动也容易导致冲击振动异常。汽车冲击振动异常的影响因素众多,而多种因素的联合作用是导致大桥异常振动的决定性因素,这种联合作用效应不是各因素简单的加权关系,当多种条件处于耦合匹配状态时,会使冲击系数成倍的增大。     

桥面平整度对连续梁桥动力响应的影响分析

不同等级桥面平整度对连续粱桥各特征截面的动力响应有一定的影响。相关研究表明，桥面平整度是车辆对桥梁产生冲击的一个重要因素，现行桥梁规范中的冲击系数公式仅适用于桥面状况比较良好的情况。     

桥梁橡胶支座失效后静动态性能研究

为研究支座带病害服役时桥梁静动力性能,基于桥梁外观检查和动静载试验结果,对比了实测值和理论值的差异,并计算了该状态下的桥梁冲击系数.研究结果表明:在静载作用下,桥梁支座带病害工作时应变的校验系数和残余应变均在规程允许范围内,结构强度及刚度未受显著影响;动载作用时,由于支座的约束失效导致桥梁动态响应结果偏大,实测最大冲击系数达到理论冲击系数的2.1倍.     

既有铁路高低墩桥梁运营性能研究

铁路承担着重要的运输任务,铁路桥梁是线路安全运营的重要一环,随着铁路"扩能提速"战略的推进,给桥墩带来了许多不利的影响,如横向振幅过大、冲击振动加剧等,严重影响了铁路桥梁的安全运营性能。以朔黄铁路清水河特大桥为研究对象,通过运营性能试验,研究高墩桥梁和低墩桥梁在不同荷载类型和不同行车速度作用下的安全运营性能,得出两种桥墩类型桥梁在荷载和车速变化时的动力响应变化趋势;通过对高墩桥梁和低墩桥梁在相同荷载和车速作用下的运营性能试验,对比分析两种桥墩类型桥梁在相同荷载和车速下的动力响应。相关结论可为铁路高低桥墩的维护管理提供科学依据。     

半挂汽车列车轮胎动载荷研究

为研究重型载货汽车轮胎动载荷对路面使用寿命的影响,采用谐波叠加法及有理函数功率谱密度重构了双轮辙激励的空间域随机路面模型,并建立了半挂汽车列车多体动力学模型;仿真分析了双轮辙随机路面激励下,各轴左、右两侧轮胎的法向力、最大动载系数及车辆对路面的损伤系数随车速的变化规律。仿真结果表明:在双轮辙随机路面激励下,轮胎最大动载系数随车速的提高呈增大的趋势,但左、右两侧轮胎最大动载系数的数值大小及变化规律均不相同;道路友好性随车速的提高而下降,且路面不平度越大,道路友好性的变化趋势越明显。该研究为今后分析车轮动载作用下的路面响应提供了参考依据。     

大跨度悬索桥冲击系数研究

以重庆青草背长江大桥为工程背景,基于桥梁静力效应等效的原则针对规范车道荷载逆向反推得到桥上车辆的布置,开展不同车辆速度、路面粗糙度情况下的车辆-桥梁耦合振动分析,得到桥梁各关注项目的冲击系数,评价现行规范冲击系数取值的适应性。研究结果表明:现行规范中的冲击系数取值对于大跨度悬索桥的部分内力效应偏于不安全。