风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响，以某四塔公铁两用斜拉桥为背景，进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载，并通过桥梁和列车节段模型风洞试验，测得计算所需气动力系数；在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型，研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明：突风效应会导致列车横向位移达到最大值，遮风效应会使列车横向加速度达到最大值；随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加，列车动力响应随之增加；风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数，并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大；仅在风速不大于10 m/s时，列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。     

风环境下大跨度斜拉桥上的车辆驾驶舒适性评价

建立了风环境下行驶于大跨度桥梁上的车辆驾驶舒适性评价体系.在综合考虑汽车-桥梁系统空间耦合关系的基础上,提出了能够考虑桥梁的静风响应、抖振响应、汽车-桥梁耦合振动、系统的时变特性以及结构几何非线性和气动荷载非线性影响的风-汽车-桥梁系统空间耦合分析模型,该模型可以预测风环境下桥梁上通行车辆的行驶安全性及驾驶舒适性;建立了车辆驾驶员位置处驾驶舒适性评价方法,并采用ISO 2631-1-1997标准对不同路面粗糙度下行驶于杭州湾跨海大桥的车辆驾驶舒适性进行了评价.评价结果表明:路况越差,车辆的驾驶舒适性越差,且所计算工况下车辆的竖向和侧向驾驶舒适性均满足ISO 2631-1-1997标准.     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

基于风洞试验的桥梁行车安全分析研究

强风环境下桥上行驶车辆受风荷载影响发生侧翻、侧滑、横摆、剧烈晃动等事件频繁发生,严重影响车辆行驶的安全性、舒适性和通行效率。车辆气动力特性参数是影响行车安全的直接因素和重要指标,已有学者针对性地开展了研究工作。然而,既有研究成果主要以地面车辆和大跨度桥上车辆的气动力特性为主,少有文献考虑常规跨度桥梁及其附属结构对桥上车辆气动力特性的影响。因此,以某山区高墩组合梁桥和桥上厢式货车为研究对象,设计制作几何缩尺比为1∶15的桥梁和车辆刚性测压模型,开展系列风洞试验,研究车桥组合典型工况下厢式货车的气动力系数,并分析行车位置对车辆气动力特性及行车安全的影响,基于准静态理论和静力分析方法判断车辆侧翻和侧滑的临界风速。     

基于风速风向联合分布的桥面侧风所致车辆事故概率性分析

采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,用极大似然法和概率曲线相关系数法相结合的逐步迭代估计法估计杭州湾跨海大桥桥位处桥面高度各风向的有效最优概率分布类型及参数;利用已建立的风-汽车-桥梁系统安全性分析框架计算得到各个方向下车辆发生事故的临界风速;为了确定桥面局部风环境的状况,在同济大学TJ-3风洞中进行了杭州湾跨海大桥桥面风环境风洞试验研究,并引入等效桥面风速和影响系数以考虑桥梁结构绕流和附属构造物对行车高度处风速的影响;最后,对杭州湾跨海大桥的行车安全进行了基于风速风向的概率性分析,并研究了增设风障对行车安全的影响。结果表明:增设风障是一种非常有效的提高安全行车概率的方法;杭州湾跨海大桥全桥采用70%透风率的风障完全可以满足车辆安全行驶的要求。     

风环境下高墩大跨连续刚构桥的行车安全性分析

基于风-车-桥耦合系统振动理论,建立风-车-桥耦合系统的运动方程。运用自编风-车-桥耦合程序,计算不同路面、不同车速和不同风速下车轮竖向接触力,分析路面等级、车速和风速对车辆行驶安全性的影响;以车轮折算压力为标准,采用概率统计方法建立车辆侧滑和侧倾事故模型,提高事故分析的可靠性,并结合工程实例,对风环境下车辆的动力响应进行了分析。计算了车辆行驶在不同车速下侧倾临界风速、不同风速下侧倾临界车速和4种不同路面状况下侧滑临界风速,为车辆在桥上行驶安全风速和车速确定提供依据。     

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

网联车辆协同编队控制系统研究

为改善车辆编队行驶的稳定性、安全性和舒适性,本文中基于车车通信构建了多车协同编队控制系统。该系统采用了基于非线性车距控制的驾驶行为决策模型,并充分考虑了实际通信延时对系统的影响。针对车辆编队控制的稳定性,分析了各控制器参数的约束边界及其变化对系统稳定性的综合影响。最后搭建Matlab/Simulink模型,并进行仿真,以验证头车持续扰动、紧急制动和非零初始状态3种典型工况下多车协同控制的有效性与合理性。结果表明,本文设计的车辆编队控制系统可实现车辆编队的稳定性控制,保障行驶安全性,同时避免车辆频繁加速、制动的现象,在一定程度上提高了行驶舒适性。     

基于GIS的车辆行驶安全评价模型及仿真

在现有交通系统四大要素的基础上加入车辆行驶状态,构成"人-车-环境-路-车辆行驶状态"五要素."人-车-环境-路"因素采用打分的形式确定参数的分值,并利用层次分析法(AHP)计算参数权重来构建模型;"车辆行驶状态"因素则是引入加速度干扰的定义,建立了基于道路结构的加速度干扰模型.运用层级分析法建立了总的车辆行驶安全评价模型.在SuperMap软件平台上进行GIS仿真.实现了将评价模型运用到实际车辆行驶过程的安全性评价中,该评价系统可以实时地对车辆当前的行驶安全性进行评价,并根据当前的安全状况对驾驶员进行安全提示.     

侧风环境高速公路隧道口防风栅优化设计

高速公路隧道口侧风路段流场变化显著易发生交通事故,研究强侧风环境下隧道口路堤与防风栅共同作用对高速公路车辆行车安全的影响。采用SST k-omega两方程湍流模型和有限体积法,对某一隧道口的防风栅在侧风环境下的流场分布进行了数值计算,分析了不同孔隙率下的防风栅对流场的影响,以及多种侧风环境下防风栅的适用性。结果表明:开孔防风栅可以增加侧风环境车辆的行驶安全性,25%孔隙率的防风栅在多种强侧风环境下均能保证车辆的稳定行驶,对高速公路隧道口防风栅设计提供一定参考。     

弯道行驶防侧滑预警与控制系统设计

弯道侧滑对汽车行驶安全性具有重要影响。为提高车辆在弯道行驶的安全性,文中设计一种弯道行驶防侧滑预警与控制系统。首先对汽车弯道行驶工况进行受力分析,提取弯道行驶安全影响因素;然后对预警与控制系统原理图进行设计,针对汽车侧滑时驾驶员反应时间不足及制动时安全性情况设计了预警安全系数及点刹制动两种方案;最后在控制成本和避免警报过多干预驾驶员驾驶行为的前提下对预警与控制系统模块进行设计及装置选型,采用车辆稳定性控制(DSC)系统现有传感器和预警声道由弱至强的方法实现预警和控制,使整个系统经济可行且适用性较强。     

平曲线路段车辆行驶安全仿真研究

平曲线路段是交通事故高发之处。文中从车、路协同作用对车辆弯道行驶安全性的影响入手,分析了车、路中对弯道行驶安全性可能产生影响的因素,探究不同参数车辆与弯道组合下安全车速的限值。应用TruckSim建立车路耦合模型,通过仿真定性分析了各因素对车辆弯道行驶安全的影响;对不同车、路参数进行正交仿真试验,得出相应临界车速;再利用SPSS对试验结果进行方差分析,筛选出主要影响因素,并对其进行回归分析,建立其与安全车速之间的数学模型,用于计算车辆弯道行驶安全速度,指导车辆和道路设计。     

基于横向稳定性的风区高速公路运行安全研究

高速行驶的车辆经常会受到外界风的作用,极大增加了车辆侧移和倾覆的可能性,严重影响着车辆的稳定性和行驶安全性。从车辆不发生侧倾、侧移的两种失稳的极限状态出发,综合考虑道路线形、路面状况以及交通流组成等多种因素,通过风险分析中事故树分析法综合考虑车辆侧翻、侧滑等多种事故类型,建立在风—车—路三者耦合条件下车辆行车安全性的评价方法体系,用于强横风条件下的道路横向安全性的定量评价以及潜在危险路段的识别。通过实例分析实现了强横风条件下的不同路段间相对安全性比较,为高速公路强横风区间防风设施的设计提供参考依据。     

考虑车辆位置影响的风-车-桥系统耦合振动研究

风-车-桥耦合振动系统中车辆位于桥道的气动绕流之中，车辆所受气动力与车辆位置密切相关。首先测试了车辆位置对车辆及桥道气动力的影响，建立了空间耦合的风-车-桥系统分析模型。以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景，采用自行研发的桥梁结构分析软件BAN-SYS，对比分析了车辆位于桥道迎风侧和背风侧时风-车-桥系统的耦合振动情况。分析结果表明，风-车-桥系统耦合振动分析中考虑车辆位置的影响是必要的。     

道路几何设计对车辆行驶特性影响机理研究

道路是由人、路、车辆等组成的综合体系,车辆行驶受到道路几何参数的影响较大.首先分析了直线、圆曲线、坡长、坡度等参数对车辆行驶的影响.随后利用Carsim软件建立的车辆模型、道路模型及人-车-路的综合仿真模型,并利用双移线法分析了模型的可靠度.最后依托某城市快速路,利用车速变化系数Kv和侧滑安全系数Ks分析了车辆行驶特性变化规律.该研究成果可以为类似的城市道路几何设计提供一定的理论指导.     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

车辆扰动下高架道路声屏障风荷载的数值模拟

对车辆扰动下高架道路声屏障屏体表面风荷载进行了数值模拟分析,获得了车辆经过时作用于屏体表面的典型的风压荷载时程。通过参数分析给出了屏体不同位置风压荷载的差异及原因。通过对屏体表面极值风压荷载的深入分析得出：现行采用声屏障所在地区50年一遇基本风压作为其设计控制荷载是不合理和不安全的。     

随机车流-桥梁系统耦合振动精细化分析与动态可视化

针对目前公路车-桥耦合分析系统功能的不足,建立了随机车流-桥梁耦合振动精细化分析框架,该分析框架尽可能考虑了桥梁上通行车辆荷载的随机特性。采用交通信息采集系统和动态称重设备对交通荷载数据进行系统全面的观测,记录每辆经过观测断面车辆的到达时间、横向行驶位置、车速、车型和质量,在此基础上形成可以重现真实交通场景的随机车流;针对单主梁和梁格法桥梁分析模型,开发一个包含典型车型库,可以考虑桥面空间路面粗糙度,具有单向及双向多车道设置功能,车型、车辆悬挂系统、车辆质量、横向行驶位置、车速、障碍物位置和尺寸等参数随机功能的分析系统,并基于OpenGL技术着重开发了随机车流过桥动态可视化功能;最后,分别以1个单主梁和多主梁桥梁为工程实例,采用典型路段观测到的实际交通荷载研究了随机车流荷载对桥梁结构的影响。结果表明:所建立的随机车流-桥梁耦合振动分析系统具有明显的优越性。     

桥梁段声屏障设计应考虑其对桥梁的力学影响

我国没有声屏障结构设计规范,更很少考虑设置声屏障对桥梁结构的力学影响.本文将其影响分为三种:桥面板的横向弯矩、主梁扭矩及独柱桥墩横向弯矩.建议声屏障结构设计基本风速重现期取50年,风荷载应考虑活载风与极限风两种情况,重要性系数取1.0.有限元分析结果表明,在风速较大、声屏障较高及桥墩较高时,桥梁段声屏障设计必须考虑其对桥梁结构的影响.     

跨海长桥风致行车安全研究

基于风作用下车辆模型行驶极限状态分析获得了相应的安全行驶临界风速,应用概率统计方法建立了桥位风速统计和极值风速概率分布模型,桥面风环境测速风洞试验给出了自然风与桥面行车风环境的关系,进而评估了自然风作用下车辆不同车速条件下的桥面行驶安全性。采用上述评估方法针对杭州湾跨海大桥的研究,表明了风障措施提高桥面行车安全的有效性。