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。     

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。     

轮胎式轨道交通车辆动力学研究现状与挑战

总结了几种典型轮胎式轨道交通车辆动力学问题的研究现状，包括跨坐式单轨车辆、悬挂式单轨车辆、胶轮路轨车辆、胶轮有轨电车和虚拟轨道车辆，探讨了轮胎式轨道交通车辆动力学未来的研究内容。研究结果表明:跨坐式单轨车辆动力学研究集中于抗侧倾稳定性、曲线通过性能和车-桥耦合振动，根据跨坐式单轨车辆抗侧倾稳定性变化规律提出的临界侧滚角理论阐明了稳定轮和导向轮预压力的设置原则，给出了稳定轮和导向轮预压力与运行舒适度、曲线限速之间的联系，跨坐式单轨车辆提速的关键是开发性能更优的轮胎，并控制由于运行速度提高所引起的振动恶化；悬挂式单轨车辆动力学研究集中于车辆运行性能和车-桥耦合振动，其倾摆特性和横风引起的倾摆稳定性是悬挂式单轨车辆的特有动力学问题，由于车-桥耦合振动引起的钢质轨道梁低频噪声是有待研究的问题；胶轮路轨车辆在国内的研究刚刚起步，现阶段的主要问题是改善车辆的横向平稳性；胶轮有轨电车动力学研究集中于车辆运行性能和导向轮/轨关系，研究难点在于阐明其导向稳定性的机理和影响因素；作为一种新型轨道交通车辆，虚拟轨道车辆提出了许多新的动力学研究问题，包括循迹控制、机械架构与循迹控制策略的匹配性、纵向力分配、分布式驱动等，或将成为轮胎式轨道交通车辆动力学研究的新热点。      

我国车-桥耦合振动的研究现状及发展趋势

自进入21世纪,我国公路与铁路交通在高速化与重载化得到了巨大的发展,而桥梁也朝着轻质、大跨迈进,车-桥结构的动力问题越来越突出,车-桥耦合振动的研究因此获得了许多的关注。在回顾了近20年中国在车桥耦合问题研究的基础上,总结了车-桥耦合振动研究的车辆模型、桥梁模型及数值计算方法,并针对关于地震荷载、风荷载、不平整度和共振等4个方面的车-桥耦合振动研究内容做了系统介绍。并对车-桥耦合需要进一步研究的问题进行了探讨,可对今后车-桥耦合问题的研究提供一定的参考。     

车-桥耦合振动的动力响应分析

通过三角级数叠加法模拟桥面不平顺激励,运用大型有限元通用分析软件ANSYS的耦合技术对车-桥耦合振动进行了分析.提出了5个自由度的车辆模型模拟重车,160个梁单元模型模拟简支梁桥,把车辆和桥梁结构视为2个系统,利用Newmark-β法求解车-桥耦合振动方程组,进行了桥梁结构振动的位移、弯矩的响应研究.得到了桥梁跨中最大位移和弯矩都不是发生在桥梁跨中位置;随着桥面不平顺有明显的变化,随着桥面状况的变差,其响应越来越大.     

铁路高架车站车致振动实测与理论分析

为了研究铁路高架车站不同区域的环境振动规律,针对某客运专线高架车站,分别在轨道梁跨中、办公间、候车厅布置了三向振动测点,测试了高速动车组以正线速度通过时高架车站内不同区域的环境振动水平,从振动加速度时程、振动加速度级、频谱三方面分析了试验数据;利用车-线-桥耦合振动理论,研究了轨道梁动力响应和列车走行性.研究结果表明:办公间的Z振级达80.7 dB,超出规范限值0.7 dB;高架车站环境振动以竖向为主;办公间竖向振动持时比水平振动长15%;候车厅楼板的横向振动比轨道梁振动持时长1.03 s;振动在由轨道梁向车站楼板传递的过程中,高频振动比低频衰减快.      

车-桥耦合振动条件下T梁桥荷载横向分布分析

通过对车-桥耦合振动力学模型的分析,利用车轮和桥面的位移协调方程将车辆振动方程和桥梁振动方程联立求解并对T梁桥荷载横向分布规律进行了动力分析.结果表明:T梁桥荷载横向分布的动力规律与静力规律相比存在较大差异,荷载横向分布系数为时间的动态变化函数;车-桥耦合振动对于跨中挠度横向分布系数的影响很小,对于跨中梁底正应力横向分布系数、支点剪力横向分布系数的影响则不可忽视;荷载横向分布系数与车辆行驶速度之间虽无明确的变化规律,但是车辆行驶速度对跨中梁底正应力和支点剪力横向分布系数的影响应引起足够的重视;路面不平度等级对荷载横向分布系数的影响较小.     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状，综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响，总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用，基于轮轨间作用力，分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响，概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明:车轮异常磨耗会导致舒适性下降，合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动，降低车内振动噪声，增加列车运行稳定性、安全性和平稳性；合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度；钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动，缩短车辆构架和钢轨的使用寿命；通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨，改善轮轨关系；行波效应对车辆安全性影响很大，与相同激励下的各项参数相比，车速为350 km·h-1、行波速度为300 m·s-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低；横风作用下受电弓气动抬升力增大，影响接触网安全，增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。      

低频域多模态制振轨道板设计

针对城市轨道交通引起的低频环境振动现象,基于扩展定点理论、模态分析、有限单元法和车辆-轨道耦合动力学理论,研究了低频域多模态制振轨道板的设计方法,建立了车辆-被动式动力减振浮置板轨道耦合动力学模型.研究结果表明:多模态制振浮置板在10~20 Hz范围内的加速度振动级明显减小,有效抑制了常规浮置板因共振放大低频振动的现象;附加动力吸振器质量比越大,浮置板振动加速度插入损失也越大,当控制1阶和2阶模态的动力吸振器质量比为0.2时,最大插入损失达15 dB;多模态制振浮置板对轮对振动的抑制作用较弱,对构架的振动几乎没有影响.      

高速铁路线上简支梁桥车桥共振问题初探

本文以单跨和等跨度边疆多跨简支梁桥为对象，探讨高速客车过桥时车－桥耦合振动系统的振动特性。研究中发现，在高速行车下，中小跨度简支梁桥有发生共振现象的可能性；对于按等跨度布置的多跨简支梁桥，在一定速度下又易造成列车的共振。本文对这一问题进行了初步研究，给出了车－桥共振速度与桥梁设计参数和车辆系统振动参数之间的关系。     

新型全自动轨道巡检车动力学性能

为准确评估某新型全自动智能轨道巡检车的动力学性能,开展了轨道巡检车动力学数值仿真;轮轨接触采用非椭圆多点接触Kik-Piotrowski算法模拟,车辆系统建模过程中考虑悬挂力元非线性与轮轨接触几何非线性特性等因素,同时考虑车载设备参振影响;针对车轮踏面表面包裹高硬度聚氨酯的特殊结构,利用有限元软件ABAQUS建立了轮轨局部接触模型,采用Mooney-Rivlin橡胶模型模拟了聚氨酯特殊性质,计算了轮轨等效接触刚度;根据有限元计算结果修正了Kik-Piotrowski算法中的相关参数;基于Craig-Bampton模态综合法和多体动力学软件UM建立了车辆-轨道刚柔耦合模型;为验证仿真模型的准确性,开展了实车动力学试验;重点分析了直线和300 m小半径曲线,运行速度10~30 km·h-1工况下巡检车的振动响应。研究结果表明:车辆正常运行时,中间视觉模块垂向最大加速度大于左侧视觉模块垂向最大加速度,横向最大加速度小于左侧视觉模块横向最大加速度,车架最大加速度大于视觉模块最大加速度;车架中部易产生垂向弯曲变形,和视觉模块安装位置有胶垫减振有关;轨道巡检车在直线和300 m小半径区间运行性能整体良好,其中车辆在300 m小半径曲线段内30 km·h-1运行时,轮重减载率最大可达0.92,车架部位振动响应较大,为保证车载设备的安全性和避免车辆脱轨的风险,建议曲线段内检测速度控制在20 km·h-1左右。      

超高车辆撞击预应力箱型梁桥上部结构的动态响应

为揭示预应力箱型梁桥遭受超高车辆撞击下的损伤,将此类撞击的数字仿真与试验对比研究了箱型梁桥上部结构动态响应.运用LS-DYNA软件建立了精细化预应力箱型梁桥上部结构的三维分离式模型和车辆与桥梁上部结构的耦合模型,在汽车以80 km/h速度正面撞击桥梁时,研究桥梁、汽车的破坏损伤和桥梁整体位移,分析比较了车速分别为30、50、80 km/h时,桥梁上部结构遭受超高车辆撞击的动态响应.研究结果表明:质量较大的预应力箱型梁桥上部结构遭受超高车辆撞击时,桥梁整体损伤较小,应主要研究其局部破坏;撞击过程中车厢的形变会导致车-桥之间撞击形式由正面撞击向冲切撞击转变;车-桥碰撞力值和桥梁撞击区域位移值均与车速成正相关,当车速为80 km/h时的最大位移值为165 mm.      

三线合一、三塔悬索桥风-车-桥耦合振动性能对比

以某三线合一、三塔悬索桥的2种设计方案(钢箱桁和钢桁方案)为工程背景,通过车桥系统节段模型风洞试验,测试了车辆和桥梁的三分力系数,并基于风-车-桥系统空间耦合动力学模型,采用自主研发的桥梁分析软件BANSYS,对比分析了该桥的结构动力特性与风-车-桥耦合振动性能。分析结果表明:三线合一、三塔悬索桥结构自振频率较低;车辆气动力受轨道位置的影响较大,钢桁方案迎风侧车辆阻力系数约为钢箱桁方案的2.2倍;当风速为0时,桥梁、车辆的动力响应总体上是随车速的增大而增大,在同一车速下,钢桁方案的桥梁位移较钢箱桁方案大,主要是由于钢桁方案的桥梁整体刚度略弱于钢箱桁方案;当考虑风速影响时,桥梁的横向响应随风速的增大而显著增大;车辆位于迎风侧,风速为25m·s~(-1)时,钢箱桁方案和钢桁方案的桥梁横向位移约分别为风速为15m·s~(-1)时的位移的2.4倍和3.8倍,横风对桥梁的横向响应起主导作用;同一风速时钢桁方案的桥梁响应总体上较钢箱桁方案大;同一方案时车辆响应随风速的增大而增大,当风速达到25m·s~(-1)时,车辆动力响应显著增加,相比15m·s~(-1)时最大增加幅度为71.6%。     

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。     

斜腹板倾角对流线型箱型结构涡振性能影响的数值研究

桥梁结构气动外形是影响桥梁结构涡激振动的重要因素。以某大桥流线型箱型断面为研究对象，通过数值模拟计算，研究了斜腹板倾角对流线型箱型断面涡激振动性能的影响，得出结论：流线型箱型结构发生涡振的风攻角以及风速锁定区间不受斜腹板倾角变化影响；最大竖向涡振振幅随斜腹板倾角的增大呈指数型增大。     

基于车桥耦合振动的公路梁桥行车舒适性分析

鉴于梁式桥行车舒适性差的特点，为探究过桥车辆在公路梁桥行驶过程中的乘坐舒适性，以一座梁式桥为分析对象，基于车桥耦合振动理论，进一步建立车桥耦合振动微分方程。采用自编车桥耦合MATLAB程序计算车辆座椅加速度，以国际标准ISO2631-1的加速度均方根值评价方法对司乘人员乘坐舒适性进行评价，分析车辆类型、乘坐位置、车重、桥面不平顺、车速等因素对车辆乘坐舒适性的影响。结果表明：不同的车辆类型，小汽车的行车舒适性优于货车和公交车；多排座椅的两轴公交车，前排座椅的乘坐舒适性比后排座椅的乘坐舒适性好且座椅距离车辆质心位置越远，乘坐舒适性就越好；不同乘客处于同排位置，站立乘客的舒适性要比座椅乘客的舒适性差；车辆乘坐舒适性对桥面路况等级很敏感，其随桥面路况的恶化而迅速降低；不同的车重，车辆乘坐舒适性随车重的增加而提高；车辆行驶速度对乘坐舒适性有一定的影响,但影响较小，为提高乘坐舒适性,建议对梁式桥的行驶车辆采取限速措施。     

照度与纵坡耦合作用下海底隧道出入口段驾驶人视觉特征分析与建模

为研究照度与纵坡耦合作用下海底隧道出入口段驾驶人视觉特征变化规律,选取26名驾驶人在交通状况相近的非高峰时段进行海底隧道实车试验。利用视觉仪、照度计等采集真实交通状态下照度、驾驶人眼睑闭合度、注视时长、车速及位置数据,分析驾驶人受不同照度及纵坡耦合作用下眼睑闭合度、注视时长和行车速度的变化规律,并分别建立眼睑闭合度、注视时长、车速与照度和坡度的数学模型。研究结果表明：驾驶人驾车通过海底隧道出入口段时,眼睑闭合度明显降低,受照度影响作用效果显著;注视时长增加,受照度作用效果显著;注视点多分布于前方车辆;车速呈现下降-上升-趋于平缓-下降-上升的规律,且受照度和纵坡坡度耦合作用效果显著。     

客运专线车-线-桥垂向耦合系统振动的特性

近年来,高速铁路在我国得到了快速发展,由高速列车引起的线、桥振动问题越发突出.针对客运专线车-线-桥系统的特点,利用有限元方法建立了车辆一无砟轨道-桥梁耦合模型.鉴于模型的复杂性,将该模型分为列车一无砟轨道系统和无砟轨道-桥梁系统两个子系统来研究,两个子系统通过轮轨相互作用力耦合.根据Hamilton原理,可推导出两个...     

城市道路检查井井周路面破坏机理

为研究城市道路检查井井周路面破坏机理,在路面病害调查的基础上,考虑井盖的振动和变形,建立车-井盖耦合振动模型,分析车辆动载特性,建立检查井及井周路面结构模型,计算车辆荷载作用下井周路面力学响应,探究其破坏机理.结果表明:井周路面破坏失效半径一般在1.2 m以内;检查井沉降量主要分布于0～10 mm,检查井不均匀沉降导致的坡度变化主要分布于-1％～1％;井周路面最大间隙值为35 mm,常规路面最大间隙值均在5 mm以内,井周路面平整度明显比常规路面差得多;车辆经过井周路面时动载特性明显,可达静载的1.29倍;车速、检查井沉降量、井周路面平整度、检查井不均匀沉降及井周路基、路面压实不足等因素均对车辆荷载作用下井周路面的破坏有较大影响.     

半开口和分离边箱开口断面主梁竖向涡振性能对比

为深入研究不同截面形式开口断面主梁的涡振性能及其发生机理，针对半开口和分离边箱开口断面2种主梁，进行了1∶50节段模型风洞试验，考虑等效质量、风攻角和阻尼比等因素的影响，计算了2种主梁断面的斯托罗哈数；基于线性和非线性理论，估算了实桥竖向涡振振幅；建立了二维数值模拟分析模型，验证了数值模拟方法的准确性，并对比了2种主梁断面周围的瞬时涡量和平均流线结构。分析结果表明:2种主梁在风攻角为3°和5°时均发生竖向涡振，且出现2个涡振区，第2个涡振区主梁竖向涡振最大振幅明显大，5°风攻角时2种主梁竖向涡振振幅比3°风攻角时大75%；风攻角为5°，阻尼比为0.8%时，分离边箱开口断面主梁竖向涡振最大振幅比开口断面大28%；随着Scruton数的增大，主梁竖向涡振的最大振幅接近线性减小，相同Scruton数工况下，5°风攻角时分离边箱开口断面主梁竖向涡振振幅最大，3°风攻角时半开口断面主梁振幅最小，说明正风攻角越大，主梁断面越钝，其涡振性能越差；5°风攻角时分离开口断面更钝，引起气流更大的分离，来流风在2种主梁断面的桥面上方和主梁开口处均形成漩涡，由于斜腹板和风嘴作用，主梁开口处尺寸较大的漩涡被打碎为几个尺寸接近的较小漩涡，优化了主梁的涡振性能。