移动车辆荷载作用下简支箱梁动力特性的数值分析

通过比较不同移动荷载模型的差异,提出了采用单自由度质量-弹簧模拟移动车辆荷载的动力分析模型,运用有限元软件分别建立了质量-弹簧和滚动质量的车桥耦合模型,并比较了三种移动速度下两种模型的跨中动力响应结果,验证了质量-弹簧车桥耦合模型的可靠性.计算结果表明:提出的质量-弹簧车桥耦合模型更符合车辆实际行驶状态;简支箱梁桥的跨中挠度最大且动位移的时程变化呈类正弦波形;车桥耦合系统的跨中速度及竖向加速度受移动速度的影响较大.     

莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频研究

为研究莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频,通过理论公式计算预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,建立有限元模型,根据设计荷载效应大于等于实际运营车辆荷载效应的原则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型进行动力仿真分析,得到列车作用下简支箱梁的实际动力系数;提出了设计速度250、300、350 km/h和400 km/h简支箱梁竖向自振基频的下限值. 研究表明:梁体动力响应幅值均在其一阶竖弯频率出现波峰;通过调节桥梁的竖向自振基频,避开列车对桥梁的竖向激振频率可以有效降低振动波峰;建议设计速度250、300、350 km/h和400 km/h跨度33.1 m预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频分别为3.02、3.63、4.08 Hz和4.68 Hz.      

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。     

桥梁冲击系数随机性分析

车辆对桥梁冲击作用的影响因素包括:车桥频率耦合、桥面平整度、行车试验的随机性、动力荷载效率大小等。以一座典型3跨连续箱形桥的动荷载试验为基础,通过行车试验作用下实测动挠度时程信号,对该桥冲击系数随机性、冲击系数与动力荷载效率之间相关性进行分析。研究表明:车辆对桥梁的冲击系数具有较大的随机性,冲击系数与动力荷载效率之间具有较大的相关性。     

桥梁冲击系数随机性分析

车辆对桥梁冲击作用的影响因素包括:车桥频率耦合、桥面平整度、行车试验的随机性、动力荷载效率大小等。以一座典型3跨连续箱形桥的动荷载试验为基础,通过行车试验作用下实测动挠度时程信号,对该桥冲击系数随机性、冲击系数与动力荷载效率之间相关性进行分析。研究表明:车辆对桥梁的冲击系数具有较大的随机性,冲击系数与动力荷载效率之间具有较大的相关性。     

简支变连续桥梁的动力性能研究

为保证简支转连续桥梁具有良好的动力工作性能,需要了解其在移动车辆荷载作用下的动力响应。本文针对目前公路上常见的不同跨径、不同宽度、不同截面形式、不同体系的简支转连续桥梁,在不同的常见车辆模型、不同车辆速度作用下,利用车桥耦合振动程序,计算分析该类桥梁在车辆荷载作用下的动力响应,并通过振幅、加速度等指标来评价其动力工作性能。     

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%.     

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。     

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。     

移动荷载速度对薄壁箱梁剪力滞效应的影响

为研究薄壁箱梁在动荷载作用下的剪力滞效应,基于能量变分法推导了翼缘板正应力计算公式,并采用ANSYS有限元软件进行了验证.利用ANSYS建立不同跨宽比、不同移动荷载速度、不同荷载工况的单箱三室薄壁箱梁空间板壳模型,计算移动荷载作用到跨中的翼缘板正应力值,研究了移动荷载作用下简支薄壁箱梁桥的剪力滞效应.分析结果表明:剪力滞系数随着移动荷载速度的增加而增加,当移动荷载的速度达到3 m/s时,薄壁箱梁的剪力滞系数会达到峰值,随后减小.     

钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能与设计方法

为研究提高钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能的策略,选取某三跨钢-混凝土组合连续弯箱梁为研究对象,利用通用有限元软件ANSYS建立了其在火灾下的三维非线性两阶段分析模型;基于已有热-结构耦合分析方法,模型考虑了钢箱梁内空腔辐射传热过程和其上翼缘与混凝土板的接触边界条件;将模型得到的预测结果与试验数据进行了比较,验证了模型的可靠性;采用建立的模型在不同纵向受火位置、火灾强度和荷载水平作用下对钢-混凝土组合连续弯箱梁跨中挠度进行了参数敏感性分析,研究了其极限承载能力和刚度衰变规律;以火灾下跨中挠度为评估指标,提出了针对钢-混凝土组合连续弯箱梁的抗火设计方法。研究结果表明:在对称火和结构荷载作用下,钢-混凝土组合连续弯箱梁外边缘挠度大于内边缘挠度,且荷载越大,火灾越严重,这一效应越显著;在油罐车等过火面积较大的火灾作用下,刚度较极限承载能力衰退更快,与常温下的钢-混凝土组合连续弯箱梁极限承载能力和刚度相比,边跨受火16 min时极限承载能力和刚度分别降低至29%和14%,中跨受火28 min时极限承载能力和刚度分别降低至31%和22%;在钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火设计中,应首先提高外侧钢箱梁在火灾下的刚度,增多和加宽外侧钢箱梁底板纵向加劲肋可使边跨受火20 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小23%和30%,中跨受火32 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小22%和27%。      

中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统动力性能试验

为探究中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的振动特性,对其在上海临港中低速磁浮试验基地开展了现场动力学试验,研究了车速和桥梁结构形式对耦合系统动力响应的影响;试验车辆采用(悬挂)中置式悬浮架,试验桥梁为25 m混凝土简支梁和25 m钢结构简支梁;为明确2种桥梁的固有振动特性,对其进行了模态测试;提取了不同工况下车辆-桥梁耦合系...     

先简支后连续桥梁振动影响因素分析

分析桥梁和车辆两个动力系统的耦合振动规律,对公路上常见的4种标准跨径先简支后连续箱梁桥进行车桥耦合振动动力特性对比分析。通过详细对比分析桥面铺装、截面尺寸及行驶车速的变化等对该类桥型的车桥振动动力特性的影响进行分析,得到影响该类桥车桥耦合振动性能的关键因素,并提出设计建议。     

基于ANSYS的连续组合梁内力重分布研究

基于ANSYS有限元分析软件,建立了两跨钢-混组合梁的非线性分析模型,利用该模型,对钢-混连续梁的极限荷载和挠度进行了仿真计算,将计算结果与采集的试验数据对比,验证了该模型的有效性.在连续组合梁塑性极限分析的基础上,推导了两跨连续组合梁极限状态所需的调幅系数,并探讨了结构所能提供的调幅能力以及调幅系数的确定方法.     

载重车辆-伸缩缝耦合系统的垂向振动数值模拟方法

为研究车辆对大位移伸缩缝振动特性的影响,考虑轮胎载重车辆过大位移桥梁伸缩缝时的真实激励特性,提出了一种载重车辆-伸缩缝耦合系统垂向动力学模型,同时引入新型快速积分法对数值模型进行求解. 以ZL1600模数式大位移伸缩缝为研究对象,通过仿真结果与试验测试结果的对比验证模型有效性,并基于此模型分析了轮胎载重车辆对大位移伸缩缝的冲击效应. 研究结果表明:中梁测点垂向速度的动力学模型仿真结果能较好地匹配试验测试结果,仿真得到中梁测点最大下沉位移的偏差均小于10.0%,表明该模型具有较高的计算精度;车辆轮胎力的最大冲击系数出现在车轮驶上伸缩缝后方桥面时,需要考虑对此处结构进行加强;车辆轮胎对伸缩缝中梁和后方桥面的冲击系数均随车速的增大而增大,最大冲击系数分别为0.67和0.82,均超过了国内现行规范的推荐值0.45,应得到重视.      

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.     

钢-混凝土组合梁翼板开裂的影响因素及控制方法研究

在钢-混凝土连续组合梁的负弯矩区,由于混凝土板受拉,使翼板容易开裂,造成耐久性下降。在大量调研的基础上,对组合梁负弯矩区混凝土翼板开裂的影响因素及开裂控制方法进行归纳和总结,对组合梁裂缝宽度的计算公式进行比较分析,可为组合梁负弯矩区开裂及控制方法研究提供理论依据。     

磁浮列车单铁悬浮车桥耦合振动分析

为研究单铁悬浮车桥耦合振动,将悬浮控制系统、车辆结构、弹性轨道梁及桥梁安装系统作为整体系统,建立整体系统的磁浮列车的悬浮控制-弹性桥梁-机械结构垂向耦合振动模型,以不同频率的外力激扰模拟磁浮列车不同的速度下对桥梁的作用,分析了不同梁型在整体系统耦合条件下的跨中挠度与振动加速度的变化。研究结果表明:单铁悬浮稳定后,简支梁跨中挠度约为两跨连续梁悬浮处挠度的2.5倍;以200km.h-1车速通过桥梁时其挠度略小于400km.h-1车速通过工况,但前者再次达到稳定状态所需时间约为后者的1/3;车辆以相同速度通过桥梁时,连续梁悬浮处跨中挠度约为简支梁的40%,且前者振动加速度小于后者;仿真过程中桥梁安装临界刚度范围为(5.5～6.5)×107 N.m-1;两跨连续梁动力学性能较简支梁更为优秀。     

风屏障的突风效应对桥上列车走行性的影响

为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式（通长和非通长）时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析. 研究结果表明:设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提高,突风效应造成的加速度响应总体上增大,呈明显的非线性变化.