公路车桥耦合振动响应计算方法对比研究

使用有限单元方法,分别建立了桥梁结构的振动计算模型和车辆的振动计算模型,考虑车桥接触点的位移连续,分别提出了考虑桥梁全自由度的车桥耦合振动模型和使用桥梁振动模态的模态综合计算模型。将桥梁结构的振动响应计算转化为求解模态广义坐标,并结合车辆振动与桥面的耦合,建立结构模态广义坐标和车辆振动自由度耦合的系统方程,使用Newmark-β数值积分方法对时变耦合系统进行求解。为了验算方法的有效性和可靠性,分别计算了平面梁在集中力作用下,空间板结构在整车模型作用下的振动响应,研究结果表明,使用模态综合法求解公路桥梁车桥耦合振动响应的结果可靠,并有很高的计算效率,该方法具有广泛的适用性。     

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。     

车-桥耦合振动的联合方程分析方法

根据d'Alembert原理和有限元理论,分别建立了车辆和桥梁的振动方程;基于车辆密贴理论,轮底接触点位移由桥梁节点位移采用形函数插值得到,接触点作用力等效成桥梁单元的结点力代入桥梁振动方程,将车辆、桥梁振动方程组联立形成了车-桥耦合振动的总体振动方程;采用数值积分的Newmark-β法求解方程组。结果表明:此方法和经典的迭代求解方法是吻合的。     

单车荷载作用下T型刚构桥车致振动响应研究

根据车辆-桥梁结构振动特性,研究单车移动荷载作用下,T型刚构桥考虑桥面不平顺影响时桥梁振动响应及冲击特性。通过将T型刚构桥离散为三维梁单元有限元模型,车辆简化为九自由度整车模型（考虑车辆俯仰及侧翻）,桥面不平顺激励采用实测和数值模拟（根据国标GB／T7031—86给定功率谱密度曲线采用三角级数叠加法模拟）两种激励;以车轮与桥面相互接触处保持不脱离为条件,建立车辆与桥梁耦舍振动方程,利用模态综合法并结合Newmark—β数值积分方法进行迭代求解。以乔木湾乐安河T型刚构桥为工程背景,研究了单车荷载下,最不利位置处的冲击系数随桥梁结构阻尼、行车速度、桥面不平顺及车辆特性的变化关系,并将数值模拟结果与实测结果对比。研究结果表明,实测冲击系数与数值模拟的冲击系数较好吻合,乐安河大桥冲击系数满足04《桥规》要求。     

基于桥梁动力响应的车-桥接触力识别方法

将桥梁划分为欧拉梁单元建立桥梁的振动方程,基于拉格拉日原理建立汽车的振动方程,根据接触点处的接触力将汽车和桥梁系统耦合在一起。求解汽车-桥梁系统耦合方程得到桥梁节点动力响应,由广义正交函数和模态叠加原理确定模态响应及其导数,用正则化方法得到稳定的识别结果。数值模拟结果表明,该方法用于识别车桥接触力是有效的、可行的。     

考虑轮胎侧偏特性的跨座式单轨车桥耦合振动模型

为研究跨座式单轨交通车辆-轨道梁系统的耦合振动,以重庆市跨座式单轨交通-预应力混凝土简支梁为研究对象,建立了车辆和轨道梁的耦合振动模型。每节车辆简化为15个自由度的动力系统,并考虑所有轮胎的侧偏特性。车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁简化为欧拉梁,用模态综合法建立其运动微分方程。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并与实测结果和不考虑轮胎侧偏特性的模型做了比较。计算结果表明:考虑轮胎侧偏特性的模型的计算值及变化规律更接近实测值;研究竖向耦合振动问题时可不考虑轮胎的侧偏特性,研究横向耦合振动问题时应该考虑侧偏特性的影响。     

基于随机激励响应的参数识别相关函数法

以桥梁节段模型风洞试验为工程背景,建立桥梁节段模型的竖向和扭转耦合振动微分方程.风荷载对桥梁的作用可以考虑为气弹阻尼力、气弹刚度以及高斯随机激励力;利用随机振动理论,推导了随机激励下两自由度振动响应的相关函数方程,利用最小二乘法构造参数识别方程.提出了基于随机激励响应的参数识别相关函数法,并用数值模拟方法验证了该方法的有效性,最后将该方法应用于识别风洞试验系统中的刚度矩阵和阻尼矩阵.研究结果表明:在低风速条件下,方法所得结果与自由振动时域识别法获得的结果接近.     

简支梁桥上拱度对高速行车舒适性影响研究

中小跨径的PC简支梁桥过度上拱现象经常出现对行车舒适性产生了不利的影响.基于1/4汽车模型,采用常量力移动荷载模型模拟桥梁振动,以及半正弦曲线模拟桥梁上拱后所形成的桥面纵坡曲线,分别建立了由桥梁振动和桥梁上拱引起的车辆振动响应方程,分析比较了以上2种情况对车辆振动的影响.得出桥梁振动相对于上拱度对车辆振动的影响很小的结论.     

移动荷载下简支梁桥3种车桥耦合模型研究

依据振动理论和欧拉-贝努利梁假设,推导了简支梁在移动车轮加簧上质量模型、四分之一车模型和二分之一车模型3种不同车辆模型与桥梁系统竖向振动微分方程.采用模态叠加的离散化方法,将偏微分方程转化为变系数常微分方程,并将微分方程数值积分的Runge-kuntta方法引入到该时变系统的振动响应中来.结果表明,3种车辆模型都可以反映出移动荷载作用下车桥耦合振动的总体规律,但考虑车体刚度的影响更能体现车桥耦合振动的真实性.     

简支梁桥上拱度对高速行车舒适性影响研究

中小跨径的PC简支梁桥过度上拱现象经常出现对行车舒适性产生了不利的影响.基于1/4汽车模型,采用常量力移动荷载模型模拟桥梁振动,以及半正弦曲线模拟桥梁上拱后所形成的桥面纵坡曲线,分别建立了由桥梁振动和桥梁上拱引起的车辆振动响应方程,分析比较了以上2种情况对车辆振动的影响.得出桥梁振动相对于上拱度对车辆振动的影响很小的结论.     

桥梁结构随机振动分析

桥梁结构的随机振动有别于其他结构。由于车辆在桥上的位置是不断变化的,因此,即使作为输入的随机激励是平稳随机过程,车桥的动力响应也超出平稳随机过程的范围,即质量在梁上不断的运动,使系统运动方程组成为一个时变系数的二阶微分方程组,一般只能采用逐步积分的数值方法,也可以用频域法,假定其频率响应函数在瞬间不随时间变化,近似的处理这种时变性问题。     

铁路提篮拱桥车桥耦合振动分析

采用车桥耦合振动理论，分别建立了铁路车辆和提篮拱桥的动力模型及其运动方程．将车辆和提篮拱桥分为2个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统，采用迭代法求解这2个子系统．用自编的车桥耦合振动软件对提篮拱桥的车桥耦合振动进行了分析，并对桥梁的横向与竖向位移、动力放大系数、车辆脱轨系数和轮重减轻率进行了评价，在所讨论的工况下，均满足我国相关规程的要求．     

Coupled Vibration of Long-Span Railway Curved Girder Bridges and Vehicles

The structure of a long curved girder bridge is represented with a three-dimensional curved finite element model. Each 4-axle vehicle is modeled by a dynamic system of 35 degrees of freedom. The random irregularities of the track are generated from a power spectral density function under the given track condition. The dynamic interaction between the bridge and train is realized through the contact forces between the wheels and track. Then based on these models, the coupled equations of motion are solved by applying the time-integration and iteration techniques to the coupled system. The proposed formulation and the associated computer program are then applied to a real curved girder bridge. The dynamic responses of the bridge-vehicle system and the derailments and offload factors related to the riding and running safeties of vehicles are computed. The results show that the formulation presented in this paper can well predict dynamic behaviors of both bridge and train with reasonable computation efforts.     

基于ANSYS的车桥耦合动力分析

为准确分析车桥之间的相互作用,根据达朗贝尔原理推导出了车桥系统动力平衡方程。通过位移协调方程及车桥相互作用联系方程,将车桥两系统耦合起来并通过ANSYS实现。数值算例表明:运用基于ANSYS车桥耦合动力分析方法所得结果与利用振型叠加法所得结果吻合良好,表明该方法是正确而有效的,可用于分析各种车桥耦合振动问题。     

重庆轻轨袁家岗车站桥车致振动分析

运用车站桥结构动力学及车桥耦合振动车辆动力学的研究方法,采用了车桥振动理论的荷载列方法,以重庆跨座式轻轨袁家岗车站桥为研究对象,进行了轻轨列车过桥时的车桥空间耦合振动响应分析,着重研究了列车速度变化时对车站桥的挠度、乘客在站台、站厅和楼梯上的舒适度分析.车桥计算结果表明,该车站桥能够满足良好的舒适性与安全性要求.     

Rigid-liquid-flexible dynamic formulation for a two-dimensional tank undergoing translational and rotational motion

Considering rigid-liquid-flexible coupling effect, dynamic formulation for a two-dimensional rectangular tank with liquid sloshing connected to a flexible beam is proposed. Differing from the traditional formulation which considered either the rotational motion or the translational motion of the tank, this formulation can be applied for rigid-liquid-flexible coupling dynamic analysis of tank undergoing translational and rotational motion based on the theorem of momentum and the theorem of moment of momentum. Furthermore, stiffening terms are included in the dynamics equations of the flexible beam. Firstly, the dynamic equations of the rigid-liquid coupling system and the flexible beam are derived, respectively, and then by introducing the Lagrange-multipliers, the rigid-liquid-flexible coupling equations can be combined with acceleration constraint equations. Finally, the mix differential-algebraic equations are solved to investigate the rigid-liquid-flexible coupling dynamic performance of the system.     

简支梁桥车桥耦合振动分析

车桥振动问题是车辆和桥梁两个动力系统耦合振动问题,为掌握桥梁结构动力响应特性,必须研究不同车辆模型对桥梁结构动力响应的影响。基于车桥耦合振动原理,采用Matlab语言编制车桥耦合振动专用程序。采用该程序对一座简支梁桥的动力响应进行分析,对不同车辆模型作用下的计算结果进行比较,结果表明不同车辆模型对桥梁的动力响应存在差异,且对不同动力响应的影响程度也不同。