基于ANSYS的公路桥梁车桥耦合振动响应数值分析方法

车桥耦合问题一直是工程界十分关心的问题,从最初的试验取得到目前的数值计算,已有不少理论成果,但目前众多的数值分析方法大多需编制专用的分析程序来求解,而且仅限于简单桥梁.最近几十年,结构复杂且轻型化的桥梁大量涌现,再加上汽车荷载的复杂性和不确定性,车桥耦合振动分析变得更加复杂和困难.本文建立了车桥耦合振动的力学分析模型,把桥梁和车辆视作两个分离体系,分别应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的振动方程组,并给出了位移联系方程及车桥相互作用协调方程;提出了基于ANSYS来实现公路桥梁车桥耦合振动分析方法,并通过算例分析表明,本文方法仅经三次迭代即可获得较高精度及可靠的数值结果,从而为公路复杂桥梁动力性能评价提供了一种简便且可靠的数值分析方法.     

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。     

药湖高架桥车桥耦合振动分析

为了确保通行车辆的安全和行车的舒适性,对药湖高架桥进行了车桥耦合振动分析。采用数值模拟和有限元相结合的方法分别计算了不同车速下的桥梁响应,并初步探讨了路面不平顺对车桥耦合振动的影响。     

桥面不平顺状态下含裂纹梁的车桥耦合振动分析

为分析桥面不平顺状态下含表面裂纹时桥-车耦合振动,利用1/4车辆模型,基于桥面不平顺产生的随机激励,运用Hamilton原理建立桥面不平顺状态下含裂纹桥-车耦合系统动力方程,应用Runge-kutta法对方程进行求解,分析不同等级桥面不平整度下,裂纹深度、车速、桥车质量比等参数对桥梁结构位移的影响。结果表明,随着裂纹深度的增加,梁体跨中位移峰值增大,且考虑桥面不平顺状况时梁体跨中位移响应更复杂。     

基于LS-DYNA公路桥梁车桥耦合振动模型

基于LS-DYNA程序,采用线弹性的橡胶及钢材模拟车轮并定义轮胎内气压,运用转动约束关节和圆柱形约束关节实现车轮转动特性;结合车辆悬架系统动力特性,运用弹簧阻尼单元及梁单元仿真实现悬架动力特性;调整质量单元的大小及分布,实现车体质量分布与实际一致.以某三轴重型车辆为例,建立了用于研究车桥耦合振动响应的精细车辆模型.对比车辆有限元模型的轴载、自振频率理论值与实测值,验证车辆模型的有效性.以某一简支梁桥为例,采用LS-DYNA有限元模拟和MATLAB数值分析移动弹簧-质量-阻尼振动系统,对比研究车辆匀速通过简支梁桥时,各片梁的振动响应.研究结果表明,运用LS-DYNA精细有限元模型能准确分析车桥耦合振动响应,但计算工作量大.     

公路桥车桥耦合振动的隐式和显式分析方法研究

求解公路桥在车辆荷载作用下的振动响应,不仅能为设计提供参考,还可以为桥梁运营阶段的管理和养护提供依据。对比分析车桥耦合振动的隐式和显式分析方法,分别在Matlab自编程序和LS-DYNA有限元程序中建立隐式模型和显式模型,以一座简支空心板梁桥为算例,用两种分析方法分别求解该桥在移动车辆荷载作用下的振动响应,并将数值计算结果与实测结果对比,分析两种方法的合理性。研究结果表明,两种建模分析方法各有利弊,显式建模计算结果峰值偏大,综合考虑,建议采用隐式建模分析方法求解车桥耦合振动响应。     

双工字钢-混凝土板组合梁桥车桥耦合振动研究

双工字钢-混凝土板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁模态质量之比可达到1/10,可能出现过大的动力响应导致行车舒适性差,危及行车安全。为了研究该类桥车桥耦合振动机理及影响因素,对某在建的单跨35m四跨一联的双工字钢-混凝土板组合梁桥进行动力特性分析、车桥耦合振动数值模拟及行车动力响应测试。结果表明:该类桥前4阶固有频率较为接近,在不同载重和车速下可能会发生多个频率的振动,车辆过桥的附加惯性质量使结构的振动频率有所降低;试验车过桥的速度和加速度评估该桥舒适性较好;车辆载重与车速对冲击系数的影响复杂,无明显规律,路面等级越好和阻尼比越大,冲击系数越小,对桥面进行平整度处理和增加结构阻尼是降低振幅和车辆冲击效应及提高舒适性的有效方法。     

基于有限元的曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

考虑车桥耦合振动计算了汽车通过曲线连续梁桥时车辆和桥梁的振动。把车辆和曲线连续梁桥视作两个分离子体系,分别应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的各自振动方程组,通过位移协调方程及车桥相互作用联系方程把车辆和曲线连续梁桥振动耦合起来,建立了车桥耦合振动方程,给出了采用有限元通用分析软件ANSYS实现公路曲线连续梁桥车桥耦合振动的计算方法。数值算例表明,该计算方法仅经3次迭代即可获得较高精度及可靠的数值结果,并与连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数进行对比,在平整桥面情况下,两者基本吻合,在桥面不平度等级为C级时,两者相差较大,这说明按现有规范计算曲线连续梁桥的冲击系数,在某些特定的条件下,有可能是不安全的。从而为公路曲线连续梁桥动力性能评价寻求了一种方便可靠的数值分析方法。     

不平整度桥面下连续梁桥车桥耦合振动分析

现行<公路桥涵设计通用规范>采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数,而基频的计算宜采用有限元方法,但如何计算,规范没有明示;而且规范给定的连续梁基频估算公式不分直桥和弯桥;再者按规范基频估算公式计算冲击系数的值有待商榷.采用一种基于有限元通用分析软件ANSYS来实现公路桥车桥耦合振动数值分析方法,对弯桥车桥耦合振动影响因素进行分析,然后分别对直线和曲线连续梁桥考虑了桥面不平整度后车桥耦合振动进行计算.分析结果表明,直桥和弯桥的动力系数不同,换算成冲击系数均大于连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数.     

曲线钢管混凝土组合桁架梁桥车桥耦合响应分析

为研究曲线梁桥在匀变速车辆作用下的车桥耦合效应,以干海子特大桥第1联为研究对象,通过建立二轴七自由度车辆整车模型,采用有限元分析方法,分析了匀变速行驶车辆加速度、桥面不平度、车辆离心力等参数对曲线钢管混凝土桁架梁桥动力响应的影响。研究结果表明：匀加速行驶状态下曲线钢管混凝土桥梁动力响应得到增强,桥梁外弧侧扭转趋势加大;匀加速行驶车辆加速度、离心力、桥面不平度对桥梁结构影响较大;桥面不平整度能够显著影响结构竖向动位移响应;曲线桥梁考虑离心率作用能够更加准确反映结构真实响应;匀加速车辆作用下该桥梁结构动位移冲击系数为匀速车辆状态下实测值的3～4倍,为规范取值的6～9倍;由于桥梁结构存在某一特征速度使得结构达到共振效应,各种动力响应在此速度处发生由增大到减小的突变。     

Vertical random vibration analysis of vehicle–track coupled system using Green's function method

A vertical vehicle–track coupled dynamic model, consisting of a high-speed train on a continuously supported rail, is established in the frequency-domain. The solution is obtained efficiently by use of the Green's function method, which can determine the vibration response over a wide range of frequency without any limitations due to modal truncation. Moreover, real track irregularity spectra can be used conveniently as input. The effect of the flexibility of both track and car body on the entire vehicle–track coupled dynamic response is investigated. A multi-body model of a vehicle with either rigid or flexible car body is defined running on three kinds of track: a rigid rail, a track stiffness model and a Timoshenko beam model. The results show that neglecting the track flexibility leads to an overestimation of both the contact force and the whole vehicle vibration response. The car body flexibility affects the ride quality of the vehicle and the coupling through the track and can be significant in certain frequency ranges. Finally, the effect of railpad and ballast stiffness on the vehicle–track coupled vibration is analysed, indicating that the stiffness of the railpad has an influence on the system in a higher frequency range than the ballast.     

Influence of tyre–road contact model on vehicle vibration response

The influence of the tyre–road contact model on the simulated vertical vibration response was analysed. Three contact models were compared: tyre–road point contact model, moving averaged profile and tyre-enveloping model. In total, 1600 real asphalt concrete and Portland cement concrete longitudinal road profiles were processed. The linear planar model of automobile with 12 degrees of freedom (DOF) was used. Five vibration responses as the measures of ride comfort, ride safety and dynamic load of cargo were investigated. The results were calculated as a function of vibration response, vehicle velocity, road quality and road surface type. The marked differences in the dynamic tyre forces and the negligible differences in the ride comfort quantities were observed among the tyre–road contact models. The seat acceleration response for three contact models and 331 DOF multibody model of the truck semi-trailer was compared with the measured response for a known profile of test section.     

Stochastic vibration of the vehicle–bridge system subject to non-uniform ground motions

A study of a train moving along a cable-stayed bridge is performed by considering both the stationary track irregularity and a non-stationary earthquake. A detailed bridge model with 3972 degrees of freedom is established while the train model consists of two locomotives and eight carriages. The equations of motion of the coupled system are obtained by using the displacement continuous condition at the contact, with track irregularities. The earthquake is assumed to occur once the train has entered the bridge. The pseudo-excitation method is used to find the random responses of the coupled system, and the results indicate that the effect of the earthquake is much greater than that of the track irregularities. The paper discusses the influence of the intensity of the earthquake, the wave propagation velocity, the speed of the train, and the dynamic interaction between the vehicles and the bridge.     

论公路桥梁架设施工方案的编制

结合运煤专线中K169+ 116上跨京包铁路桥梁工程特点,简要介绍了该类桥梁施工技术特点,为相关类似公路上跨铁路桥梁施工方案的编制提供参考.     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。     

四轮车辆振动模拟与非线性因素的影响分析

基于8自由度的非线性车辆动理学模型,以四轮相关滤波白噪声路面为系统输入,对四轮车辆的随机振动过程进行了计算机时域模拟和实验验证,进而分析了在不同车速条件下钢板弹簧和减震器的非线性因素对车辆平顺性的影响,深入揭示了车辆非线性振动过程的本质。     

大保严查套牌车

近年来,一些套用他人汽车号牌、使用假牌的违法活动日趋突出.为此,云南省大理州公安局交警支队在高速公路范围内,开展严厉打击无牌、套牌、假牌等违法行为.……     

Non-stationary random vibration analysis of three-dimensional train–bridge systems

The quarter car model has been used extensively to study the benefits of active, semi-active and passive suspensions. Despite the evident simplicity of the model, the insights obtained from this model have been found to have counterparts in half- and full-car suspension models. Among the most interesting results of the analysis of the quarter car are the relationships among certain transfer function and invariant points in the frequency response functions. These results are of great interest for the application of linear control techniques to the design of active suspensions and the optimisation of linearised passive suspensions. This paper attempts to show why some of the limitations implied by the model are less absolute than they at first seem.     

路面特性对车辆振动影响规律研究

对软路面上车辆的扭转、垂直和纵向振动进行了研究,首先对振动车辆进行单因素(路面不平度、胎压、路面抗压强度和牵引负荷)分析,找出对车辆振动影响显著的因素及影响规律,在此基础上对影响振动的多因素进行正交试验,分析交互作用对车辆振动的影响规律。同时,对不同路面条件下振动进行研究分析。随着路面波形频率、路面抗压能力、轮胎气压和牵引负荷的增加,车辆扭转、垂直和纵向振动增加。对于垂直振动、扭振和纵向振动,其主要影响因素各不相同。     

自锚式悬索桥地震反应有限元分析

以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,采用空间有限元程序ANSYS,对其进行了地震反应仿真计算。针对桥塔和桥墩为异形结构（贝壳状弧形壳体）,采用8节点实体单元模拟主塔和桥墩。通过迭代计算确定结构初始平衡状态并计入初应力对结构刚度的影响,建立了全桥精细有限元模型。分别对嵌固模型、考虑桩-土相互作用和考虑承台土压力这3种模型进行了不同地震波组合下的动力时程反应分析。计算结果表明：塔根截面的应力水平最高,是结构抗震的关键部位;墩和塔出现了局部应力集中的现象,应力集中的区域在截面突变处和截面的角点处;考虑承台土压力的影响,可以有效减小桩基础的应力;精细有限元模型可以较好地反映结构在地震作用下的易损部位。