移动车辆荷载作用下高低塔斜拉桥动力响应时程分析

移动车辆荷载对于结构的动力时程响应分析越来越受到工程界的重视,文章依托某高低塔斜拉桥,运用Midas有限元分析软件对结构在不同车速情况下主跨跨中位置的动挠度、冲击系数及竖向加速度的动力时程响应进行了数值模拟计算分析。车辆以一定速度通过桥面时,斜拉桥主跨跨中位移响应随时间推移明显逐渐增大,当车辆行驶至桥跨跨中附近时的位移响应达到最大,车速为10~40km/h时会产生较明显的局部振荡,车辆完全通过全桥后,主跨跨中仍会持续5~10s的自由振荡。主跨跨中冲击系数随车速增加呈现波动上升趋势,斜拉桥主跨跨中的正最大加速度响应值随车速增加呈现类似正弦曲线特性的变化趋势。     

钢管混凝土拱桥桥面铺装动力学特性研究

首先,建立了千岛湖钢管混凝土拱桥的3D有限元模型。通过有限元计算,得到了该钢管混凝土拱桥前8阶的自振频率和自振振型。同时,计算了该钢管混凝土拱桥的水平自振基频与竖向自振基频。接着,选用移动恒载研究车辆荷载作用下的钢管混凝土拱桥桥面铺装结构动力学特性。计算得到该钢管混凝土拱桥的共振速度并分析了桥梁共振响应的可能性。计算了不同车速下跨中节点的竖向最大位移与纵向拉应力,并进一步计算了冲击系数,提出了钢管混凝土拱桥的荷载冲击系数参考值。最后,考虑施工荷载,计算了梁底最大拉应力与最大剪应力,分析了Dynapac CC522型振动压路机施工时对桥梁结构的影响。     

泉州晋江大桥动力性能分析

以一座墩塔梁固结体系的独塔预应力混凝土斜拉宽桥——福建泉州晋江大桥为对象,根据实桥环境脉动试验和空间杆系有限元模型进行了主梁-主塔基本动力性能分析;采用振动法进行了斜拉索的固有频率和索力测试,并进行了拉索安全性能评价;根据实桥车辆强迫振动试验和考虑了路面平整度的桥梁与车辆相互作用的计算模型,分析了在移动车辆荷载作用下桥梁的动力特性,包括振动加速度计算和舒适性评价。研究结果表明,采用墩塔梁固结体系的晋江大桥面内振动频率较高,主跨或边跨均出现相互独立或影响较小的振动模态;斜拉索索力分布均匀,安全系数符合规范规定;在移动车辆荷载作用下,主梁竖向振动加速度较小,在设计行车速度下可保持较好的行车舒适性。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

大跨度提篮式人行拱桥的振动病害分析与改造

针对柔性桥面系动力性能不佳,在行人步伐荷载作用下振动过大,甚至可能发生人桥共振的问题,对一实例桥梁进行自振特性分析,提出提篮式拱桥的前几阶竖向自振频率主要由拱肋性能决定,竖向高阶频率主要由桥面系性能决定,提高桥面系刚度不能有效错开行人步频和结构竖向自振频率,但能有效地减弱动力响应,提高桥梁的使用性能和安全性。根据此类桥梁的这一动力特性,可以有效地诊断出其振动病害并寻求合理的改造加固措施,通常有增加桥面系刚度或增设耗能减振系统两种方法,后者更有效,也可以将这两种方法结合使用。动力响应分析法能有效地进行人行桥振动病害分析和加固前后动力性能对比分析。     

拱桥短吊杆动力特性分析

拱桥吊杆骤断的原因复杂,其中动荷载作用下吊杆受力不均匀和增大效应是主要因素之一。以一座既有中承式钢管混凝土拱桥为背景,采用ANSYS建立桥梁有限元模型,选用单车车辆模型,并将车辆模型简化为移动荷载在桥梁结构模型上进行加载,计算不同速度下短吊杆的动力特性,研究短吊杆在车辆平稳过桥条件下的动力性能。计算分析结果表明:短吊杆的振动频次随车速的降低而急剧增加;短吊杆轴力的动力放大系数较大并与车速成正比关系;在车辆激振作用下,短吊杆受弯主要以横桥向的弯矩为主,短吊杆的最大应力会出现在车辆通过后的自由振动阶段;短吊杆的下锚固端受力复杂且最为不利,容易在腐蚀和应力作用下导致短吊杆内钢丝的断裂。     

多向大变位伸缩装置力学性能研究

该文提出了一种多向大变位伸缩装置设计方案,采用此方案设计的小规格伸缩装置可以适应23 mm以上梁端竖向大变位,并通过有限元软件Abaqus对其力学性能进行了详细的计算分析。计算结果表明:车辆荷载作用下多向大变位伸缩装置各部件刚度、强度均满足设计要求,并具有较高的安全系数。此伸缩装置活动齿板与支承横梁采用螺栓连接,此设计可以提高伸缩装置后期维修更换的便捷性,通过计算表明:连接螺栓具有相对较低的等效应力值,证明了齿板与支承横梁采用螺栓连接的可行性。通过对相同质量的两种型号伸缩装置在不同车速下的动力响应计算发现:车辆通过多向大变位伸缩装置时,随着车速的增加,齿板竖向最大位移与竖向加速度幅值逐渐增大;A型伸缩装置能够提供更好的行车平稳性,并且齿板竖向振动加速度更小。     

新西海桥的振动特性及舒适性评价研究

以日本首座公路钢管混凝土拱桥——新西海桥为对象,进行该桥的自由振动特性分析,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,分析了在移动车辆作用下该桥的动力特性,包括冲击系数和舒适度评价。研究结果表明,在移动车辆作用下钢管混凝土拱桥主跨的拱肋和桥面冲击系数都较小,钢管混凝土拱肋的振动小于主桥桥面的振动。从振动舒适性的观点看,采用纵横梁格构桥道体系的新西海桥在车辆荷载作用下拱肋、桥面和人行桥均满足舒适性要求,具有较好的行车性能。     

大位移桥梁伸缩缝耦合动力学研究

运用有限元分析软件对大位移桥梁伸缩缝进行耦合（竖向和水平）动力学研究。研究结果表明：中梁竖向振动位移与水平向振动位移之间的相互影响很小,故可对伸缩缝竖向或水平向振动响应单独进行研究;双车辆同时同向或反向通过伸缩缝时,中梁最大竖向振动位移与单车辆通过伸缩缝时相差不大,并且中梁出现最大竖向振动位移的位置相同;当车速为120 km/h时,双车辆同时同向或反向通过伸缩缝时的水平振动位移比单车辆通过伸缩缝时大44．4％或小42．0％。     

不同形式荷载下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析

在分析车辆荷载作用下路面结构响应时,车辆荷载通常被简化为静止、振动和匀速移动3类形式.为了准确把握荷载不同简化形式下路面结构响应的差异,根据柔性路面的典型结构形式,建立了路面结构的离散元模型;采用离散元颗粒流软件,分别模拟了静止、振动和移动荷载对路面结构的作用,并对比分析了不同荷载形式下路面结构的力学响应.结果表明,静止、振动荷载只能反映移动荷载作用于路面结构后最大响应,亦即移动荷载越过路面结构某位置的瞬间,静止荷载响应与振动和移动荷载响应的峰值相当;静止、振动荷载不能反映移动荷载对路面结构引起的拉、压交替响应,以及车辆移动引起的路面结构内水平剪应力不同方向的两次作用.     

大跨径钢桥面铺装层车辆动响应影响因素分析

从耦合振动的角度出发,研究大跨径钢桥面铺装层在车辆随机动荷载作用下的响应机制.将汽车等效为2自由度5参数模型,考虑桥梁表面不平顺产生的随机激励,建立车-钢桥面铺装耦合振动分析模型.利用模态分析与时变系数常微分方程求解方法,分析钢桥面铺装在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律.定义由铺装层竖向位移、拉应力和拉应变表示的动力放大系数,研究车速、桥面不平度、铺装层开裂损伤和粘结层滑移等对动力放大系数的影响.结果表明,路面不平度、粘结层滑移是影响动力放大系数的主要因素,在进行大跨径钢桥面铺装结构设计时可考虑动力放大系数为1.5.     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题。为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统（转为线性弹性体）,利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在两子系统基础上,搭建起高速列车-独塔斜拉桥刚-柔耦合大系统。利用线性滤波法并考虑空间竖向和横向相关性生成了空间脉动阵风,其作为外部激励输入车-桥系统中,选用Park数值积分方法进行了求解。在此基础上,通过时域/频域方法分析阵风激扰对车-桥系统的影响,并继续研究风攻角、行车速度对车辆安全运行的影响,并得到相应条件下的车速限值。研究结果表明：利用有限元与多体动力学方法结合的刚-柔耦合系统同时阵风作为激励输入,可以有效模拟风-车-桥系统;空间脉动阵风使得车-桥系统各动力学响应明显加剧,并激起车辆及桥梁的低频振动;车速提高使桥面低频及车辆中低频振动被激起,振动向更高频率移动;风攻角在60°~90°时影响最大;在预设条件下,车速为230 km·h^-1时,列车轮重减载率已超过安全限值（0.8）,此时列车在桥梁上行驶安全已无法得到保证。     

扁平曲线箱梁静动力特性分析

应用空间有限元方法，建立了考虑不同力学因素的扁平曲线箱梁分析模型；通过对不同曲率半径的扁平曲线箱梁桥的静动力特性进行计算分析，明确了结构主要部位的活载支承反力、变位和内力随曲率半径的变化规律；得出了弯曲、翘曲、畸变和剪力滞等应力成分的变化规律和分布特点；分析了曲率半径、翘曲、畸变、剪力滞后和剪心形心不重合等效应对结构自振特性的影响。对移动荷载车列作用下结构空间弯扭耦合振动特性进行研究，得出了位移动力系数及截面应力冲击系数的分布特点。结果表明，位移动力系数随速度增大是幅值和周期都在增大的似半正弦波曲线．并且其随半径增大而逐渐减小。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

横向激扰频率对上承式钢板梁桥横向振幅的影响

以跨度32m上承式钢板梁桥为例，针对桥梁的横向振动问题，将列车简化为移动质量建立了力学模型，应用大型软件MSC／DYTRAN进行了计算分析，研究了桥梁横向振幅与横向激扰频率的关系。通过计算分析，分别得到了在不同速度下模拟的空载货车和重载货车通过时桥梁的横向振幅与激振频率的关系，结果与实测值基本接近，这对通过快速计算确定引起桥梁横向拍振的蛇行运动频率具有创新和实用意义。     

车-桥耦合振动分析的模态综合方法

对车辆与桥梁之间产生的耦合振动进行了全过程分析。首先通过有限元软件对桥梁进行模态分析，在此基础上建立三维车辆模型与桥梁模型组成互动体系的振动时变方程组，然后通过数值逐步积分进行求解。分析方法考虑了桥面平整度、车速等因素。该法不受桥型、跨径等因素的制约，可以模拟多车道和多辆车，有更强的通用性，优化精简了桥梁结构的自由度，提高了计算速度，计算结果准确可靠。     

斜独塔混合梁斜拉桥风-汽车-桥梁系统耦合振动研究

针对公路汽车三维绕流特性显著的特点,按照准定常理论推导了适用于公路汽车的脉动风荷载表达式。将自然风、公路汽车、桥梁作为一个统一的相互作用系统,采用风-汽车-桥梁系统耦合振动分析模型,以某斜独塔混合梁斜拉桥为工程背景,研究侧风作用下汽车-桥梁耦合振动特性,并讨论了汽车-桥梁振动的影响因素。研究结果表明：由于桥梁和汽车的气动特性差异,桥梁的竖向抖振现象较横向抖振现象突出,而汽车的横向振动现象较竖向振动更明显。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

交通荷载作用下市政道路路面振动测试与分析

对市政道路进行减隔振设计，需先研究交通车辆荷载引起的道路振动特性。实测了广州市南大路和番禺大道北辅路在四种车辆和混合车流时的路面振动加速度，并对测试数据进行峰值、频谱、VLz振级分析，研究车辆荷载引起的市政道路振动规律。结果表明:道路振动加速度响应幅值与汽车轴重、行驶速度、道路结构刚度密切相关，随着汽车轴重、车辆行驶速度和道路刚度的增大而增大；汽车荷载激励以竖向振动为主，频率主要在5.0～40.0 Hz之间，能量集中于10.0~20.0Hz范围。