弹性接触下车辆—变截面梁桥竖向振动分析

基于Hertz弹性接触理论,分别推导了变截面梁单元和车辆动力方程,然后根据分析目的提出了系统方程组装和求解思路,解决了传统分析中“车轮密贴”假设和结构简单的不足.新方法系统质量和阻尼矩阵不再时变,采用Newmark-β方法直接求解,不需迭代,并采用自动半步长法准确确定接触状态发生改变时刻.数值算例表明,新方法能更为精细分析系统动力响应,并能准确模拟脱离现象.应用新方法分析了两种不同车辆模型对耦合系统动力响应的影响,结果表明:整车模型能直接准确获得车辆动力响应;若采用集总车辆模型,可采用将其前后两簧上质量加速度平均的方法近似评估车体加速度.     

基于预紧弹簧系统的桥梁挠度冲击系数量测方法

为了提高桥梁挠度及冲击系数测试的稳定性,在传统悬锤法基础上,基于弹簧预紧效应,提出了预紧弹簧法。首先依据车-桥耦合振动理论,以简支梁桥为对象推导了车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动方程,进行了室内试验和系统数值验证;在此基础上分别建立了车辆-桥梁-悬锤系统和车辆-桥梁-预紧弹簧系统的有限元模型,利用数值解法分析了横向风荷载对悬锤法和预紧弹簧法测量主梁挠度及冲击系数的影响;根据建立的车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动系统,研究了影响该方法精度的关键性因素,并给出系统参数选型优化经验公式。最后,以一座30 m预制装配式简支箱梁桥为例,在随机车载激励下,进行支架法、悬锤法和预紧弹簧法3种方法的对比试验。研究结果表明：预紧弹簧法与传统悬锤法相比,冲击系数受风荷载影响较小;无风环境下,预紧弹簧法易受铁丝抗拉刚度、弹簧刚度和悬挂长度的影响,而与初始预紧力值无关;通过合理选用参数,预紧弹簧法能够实现主梁与系统同相位振动;工程实例表明该方法与支架法挠度冲击系数平均误差为6.1%,精度高于悬锤法测量结果,该方法也可为桥梁结构静动载大位移测试提供借鉴。     

基于桥面不平顺的车桥耦合振动分析

把车辆和桥梁结构看成相互作用的两个子系统,分别建立二者的力学模型和振动微分方程。在求解过程中,通过位移协调条件和两个子系统间相互作用力相等的原则把两个子系统的振动微分方程耦合起来。利用有限元分析软件ANYSYS的二次开发语言APDL编写了求解车桥系统耦合振动微分方程的迭代计算命令流。以桥面不平顺为激振源,分析了主跨为550 m的福建长门大桥当多车辆通过时在各级桥面不平顺情况下的动力响应。计算结果表明,随着桥面不平顺程度的增加,桥梁结构和车体的动力响应均呈非线性增大,其中桥梁主跨跨中位移、主跨最外侧拉索应力和车辆加速度变化显著。     

钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥动力试验及车桥耦合振动分析

对跨径140 m的铁路钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥进行全桥动力试验。采用脉动法测试其自振特性;动载试验中试验列车分别以不同速度匀速通过桥面及以一定速度在指定位置处制动,测试各工况下桥跨结构的应变、位移、加速度的时程响应,并将实桥测试结果与该桥的车桥耦合振动计算结果作比较分析。结果表明:该桥具有良好的竖向和横向刚度及结构强度,整体动力性能良好,而通过列车对桥跨结构有一定的冲击作用;实测动力响应及其动力系数结果与理论计算结果相符较好,两者随着列车运行速度的增大而呈现相同的规律性;列车运行具有较好的安全性与舒适度;该类型桥梁适用于大跨度铁路桥梁。     

铁路简支梁桥竖向有载频率研究

采用车-桥系统相互作用的计算模型。对不同跨度简支梁桥的竖向有载自振频率进行了深入研究，结果表明，桥梁的竖向有载自振频率在列车过桥全过程中是周期性变化的，其数值不仅与桥梁本身的刚度和质量分布有关，同时还上桥上车辆各轮对悬挂弹簧的刚度和簧下质量及其在桥上的位置有关。     

考虑附加变形的公路-磁浮合建桥车桥耦合动力响应研究

为了解温度变化和汽车荷载布置引起的附加变形对大跨度公路-磁浮合建桥及磁浮列车动力性能的影响,以某三塔四跨公轨合建大跨度斜拉桥为背景,采用UM及ANSYS软件建立磁浮列车、桥梁、悬浮控制器模型,分析温度、汽车荷载作用下的附加变形对车桥动力响应的影响。结果表明:温度附加变形对桥梁及磁浮列车的动力响应影响较小;汽车偏载作用对桥梁和磁浮车辆的横向动力响应影响较明显,6车道对称布载作用对磁浮列车的加速度和Sperling指标的影响不大,但悬浮间隙波动范围增大了30%;汽车荷载对公轨合建桥梁车桥动力响应的影响较大,需予以重点考虑。     

侧向风作用下车辆荷载突变效应的CFD模拟研究

为研究车辆在突变风荷载作用下的气动特性,以大客车为研究对象,采用计算流体力学CFD(computational Fluid Dynamics)数值模拟方法,对侧向风作用下车辆风荷载突变过程中车辆的气动力特性进行了研究。采用动网格技术实现了对车辆行驶出隧道及通过桥塔区域时车辆风荷载的突变过程的动态模拟,分析了车体表面压力分布及气动力系数变化规律,讨论了车速、风速、车辆所处车道位置对车辆气动力系数变化的影响。研究结果表明:车辆行驶出隧道及车辆穿过桥塔区域时隧道及桥塔遮风效应的影响区域变长,车辆的三分力系数均有较大的突变。车辆所受风荷载突变使车辆的安全稳定系数发生较大突变,对车辆的行车安全和舒适性带来较不利的影响。     

基于能量法的组合梁桥拥堵车辆怠速振动所致疲劳损伤评估

针对拥堵车辆怠速振动造成的城市桥梁疲劳失效风险，利用ABAQUS建立车辆拥堵荷载作用下的车-桥耦合有限元模型，通过动力响应分析和应力循环计数，采用能量法以总应变能密度为损伤参量，计算4种拥堵工况下城市组合梁桥钢箱构造细节的疲劳累积损伤，并通过与规范标准疲劳车畅通运行状态时的损伤对比，综合评估车辆拥堵对城市组合箱梁桥疲劳性能的影响。结果表明：城市组合梁桥在车辆拥堵荷载作用下弹性应变能在总应变能密度值中占主导地位，其疲劳行为是典型的高周疲劳，疲劳损伤主要来自于怠速振动初始的3~5个高应力幅循环；钢箱底板-腹板焊缝构造细节的疲劳累积损伤为母材的2~5倍，焊缝是疲劳性能较薄弱的部位；当典型拥堵车流只包含小汽车及公交车时，拥堵状态下的疲劳损伤可偏于安全地采用1辆标准疲劳车怠速振动进行评估，但在某些未限制货车通行路段，车辆拥堵造成的疲劳损伤显著增大；由于发动机怠速振动动力效应致使等效应力幅增大65%，1辆标准疲劳车1次拥堵作用下的疲劳损伤是畅通状态下疲劳车单次过桥产生损伤的14.7倍，构造细节疲劳破坏风险增大；考虑车辆拥堵影响后疲劳累积总损伤增大，疲劳损伤受拥堵工况、交通量及拥堵时长影响，日均拥堵4 h情况下，考虑拥堵后的疲劳损伤可达不考虑时的3.5倍。该文可为类似桥梁疲劳评估提供借鉴参考，为保障既有城市钢桥的安全运营提供一定的基础理论支撑。     

受路面激励引起车桥响应频谱的研究

用频谱分析的方法研究了车桥系统由路面不平顺引起的动力响应．为定性地分析车桥系统提供了一个新的方法．文中视车桥为两个子系统。用迭代法解出了它们的频谱响应，避免了以往所使用的数值积分分析法,本文从分析车桥系统传递函数的频谱入手，研究了车桥系统的基频与车速的关系，并且分析了车桥的质量比、固有频率比、车速及阻尼对系统动力稳定性的影响，从而导出较为有利的行车速度．     

FRP夹心桥面板桥的动力特性研究

以1个实际的FRP夹心板公路桥为例,将其简化为等效正交各项异性实心板,采用有限元法对其进行模态分析,用模态坐标法进行车桥耦合计算。考虑路面情况、车辆行驶速度的变化对FRP夹心板桥动力响应及冲击系数的影响,并将计算结果与相同跨度的混凝土板桥的结果进行对比分析。此外,对美国规范AASHTO中冲击系数的规定对FRP桥面板桥的适用性进行讨论。