公轨两用部分斜拉桥耦合振动分析与行车舒适度评价

以重庆东水门长江大桥为研究对象,建立车桥耦合动力系统,对其振动响应及行车舒适度进行研究。采用多刚体结构模拟车辆,空间杆系单元模拟桥梁,分别计算桥梁耦合轻轨车、桥梁耦合汽车、桥梁耦合轻轨车及汽车的动力响应,并对桥上轻轨车及汽车的行车舒适度作出评价。结果表明,轻轨车和汽车的行车舒适度均满足要求。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

公轨两用钢-混组合梁斜拉桥成桥运营阶段动力特性分析

为检验运营阶段桥梁的安全性，通过有限元模拟，对成桥运营阶段进行了动力特性分析。选取满载工况，采用多重Ritz向量方法，分析了桥梁的动力特性及动力特性的参数敏感性，发现对于拉索内力，相对于恒载，活载对内力变化影响较小；在移动荷载作用下，左右桥塔位移、塔底弯矩最大值和最小值相差很大，桥塔处于侧弯状态；桥梁的基频是0.171 Hz,基本周期为5.86 s,振型为反对称竖向弯曲；普通桥梁结构周期都较小，大跨度斜拉桥基本周期都超过了5 s,体现了大跨度半漂浮体系斜拉桥柔度大的特点；结构自重及刚度的变化，对自身的频率影响最大。     

公轨合建大跨长联桥梁减隔震设计关键技术研究

文中从公轨合建大跨长联桥梁结构特点出发,推荐采用具有双向隔震功能的位移型减隔震支座方案,尤以高承载力的双曲面摩擦摆减隔震支座最合适。通过对双曲面摩擦摆减隔震支座参数分析,提出采用上限和下限不同隔震状态确定控制区域范围进行减隔震设计。同时对于采用双曲面球型摩擦摆减隔震支座的公轨合建桥梁,需要考虑支座附加变形影响,开展车桥耦合振动分析,减隔震支座附加变形对车辆竖向加速度指标影响较大,应重点关注。     

单轨与汽车共同作用下风雨桥振动性能研究

为研究公轨合建"风雨桥"在单轨和汽车交通共同作用下的振动性能,采用板壳和杆系有限元建立桥梁和桥亭空间有限元模型,建立跨坐式单轨列车车辆和4种典型汽车车辆的竖向动力分析模型,根据统计数据模拟得到汽车车流.采用模态叠加法建立车桥耦合系统振动方程,分析了汽车与单轨组合的9种工况下的桥亭振动和桥上人行道振动.结果 表明:人行道振动加速度均方根值最大为0.337 m/s2,行人舒适度良好;桥亭水平振动速度在13～ 53 mm/s,建议对桥亭上的附属物连接进行防松和防落处理.     

多跨长联公轨合建钢桁梁桥顶推施工控制技术研究

杭甬高速钱塘江大桥结构形式采用悬链形上加劲连续钢桁梁桥,跨径组合为(73.4+122+4×240+122+73.4)m,全长1350.8m。上部结构主桁分别采用步履式顶推和拖拉式顶推方法从两侧向中跨施工,最后跨中直接合龙。为使该桥建成后线形及应力均达到设计目标,本文基于钱塘江大桥钢桁梁的工程特点和施工方法,结合有限元计算结果,确定了本桥的施工控制工作内容。施工控制结果表明：整个顶推施工过程中,本桥主桁线形、结构的应力状态均控制在规范限值以内,与理论值偏差较小,达到了施工监控目标。     

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...     

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明：竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s²。     

复杂条件下车-轨-桥变形映射关系及行车安全评价

以京沪高铁32 m简支梁桥-CRTSⅡ型无砟轨道结构为背景,构建含接触非线性、联结失效长时影响以及变形传递机制的桥梁-轨道变形映射通用解析模型,结合京沪高铁某区段轨道高低不平顺实测数据,验证映射通用模型的准确性和有效性;刻画350 k m·h-1速度等级下车辆动力特性指标变化量与钢轨变形对里程各阶导数的对比拟合相关性,...     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

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。     

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。     

随机风、车流联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性研究

为了研究随机风、车流荷载联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性,基于元胞自动机原理建立了随机交通流模型,采用平稳高斯过程模拟风荷载,同时考虑随机风、车流与桥梁的相互作用,利用ANSYS和MATLAB混合编程技术建立了风-车-桥空间耦合振动分析平台,并基于该平台对随机风、车流荷载单独作用以及联合作用下某大跨公路悬索桥加劲梁...     

基于行车安全可靠度理论的风-车-桥耦合振动研究

采用谐波合成法和桥面粗糙度理论分析风-车-桥系统的随机性,分析侧向风对桥面振动的影响机理,提出考虑风速风向联合分布影响,并基于动力可靠度理论对风-车-桥系统进行行车安全可靠度分析。通过工程实例计算表明,在不同风向分布中考虑联合分布的动力可靠度值更可靠,在进行安全分析评价的时候更安全,是最符合实际情况的评价指标。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

风荷载及随机车流联合作用下粘滞阻尼器的减振研究

为选取风荷载及随机车流联合作用下合适的粘滞阻尼器参数,以温州市七都大桥为背景,基于变参数阻尼器的风-车-桥耦合振动分析系统,建立大桥有限元模型,研究风荷载、特定车载、风荷载及随机车流联合作用下不同参数粘滞阻尼器的减振效果。结果表明:风荷载下粘滞阻尼器对梁端、塔顶等部位纵向位移减振效率随速度指数α增大而减小,随阻尼系数C增大而增大,对塔梁间纵向相对位移减振效果最显著;特定车载下梁端纵向位移减振效率随速度指数α增大而增大,随阻尼系数C增大而减小,而塔顶纵向位移、塔梁间纵向相对位移随速度指数α增大而减小、随阻尼系数C增大而增大;风荷载及随机车流联合作用下粘滞阻尼器对梁端纵向位移的减振效率随速度指数α减小而增大,随阻尼系数C增大而增大;综合考虑减振效果及经济性,确定温州市七都大桥粘滞阻尼器优化阻尼系数C为1 500kN·(m/s)^-α、速度指数α为0.1。     

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。     

风-车-桥耦合振动研究现状及发展趋势

为推动风-车-桥耦合振动理论和应用研究的进一步深入开展,从分析框架、气动干扰、评价准则和大跨桥梁设计荷载4个方面系统梳理风-车-桥耦合振动国内外学术研究进展和热点前沿,并探讨研究不足和发展趋势。分析系统方面,首先从风作用模拟、耦合关系角度综述风-列车-桥分析系统由简化到精细的研究历程,然后沿车辆元素的精细研究历程对风-汽车-桥分析系统研究进行综述。气动干扰方面,从结构模拟精细程度、特殊工况、干扰对象等角度综述研究进展。评价准则方面,分别综述汽车和列车评价准则由简单到复杂、由确定性到不确定性的发展历程。大跨桥梁设计荷载方面,分别从现行多国规范和理论研究2个角度对大跨桥梁风和汽车荷载研究进行综述。综合分析表明：分析框架过去处于并将一直处于从简化到精细的过程中,元素模拟的精细化及相应耦合关系的重构推动分析框架升级和应用范围的扩大;气动干扰研究的干扰对象逐步增多,模拟逐步细致,数值模拟理论和风洞规模、试验测试设备及技术是限制其发展的关键因素;车-桥系统评价方面,主体结构和系统安全是评价的基础层面,附属构件和功能性的评价将越来越受到重视,且评价将由确定性向可靠性发展;大跨桥梁设计荷载方面,汽车荷载将由简单套用中小跨径桥梁设计荷载的方式,逐步过渡为考虑地区荷载特性、行驶行为等复杂模式,风和汽车荷载组合时的工况设置、计算风速的确定、荷载叠加准则、分项系数和组合系数等方面都有很大细化和深入研究的空间。     

支承方式对小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥受力性能的影响研究

由于构造方面的原因,曲线桥存在"弯-扭"耦合[1]作用,由于小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥曲率半径较小,其"弯-扭"耦合作用更加明显,为了讨论和验证支座的布置方式对小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥受力的影响。该文通过改变小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥支承方式,采用粱格法来建立有限元模型分析支承方式对小半径鱼腹式连续曲线箱梁梁桥纵向弯矩、扭矩和支座反力的影响。数据表明,双支座可以有效减小小半径鱼腹式连续曲线箱形梁桥的扭矩,可以使内、外侧支座的支反力趋于相等,使小半径鱼腹式梁桥受力更加合理,但是对纵向弯矩的影响较小。该文的结论对今后的设计工作有一定的指导意义。     

基于车-桥系统耦合振动理论的大跨PC连续刚构桥冲击系数研究

在分析车-桥系统耦合振动研究资料的基础上,推导了基于自身假设条件下的车-桥系统耦合振动的运动方程组.利用VC 编制了可用于车-桥系统耦合振动分析的专业程序CQZD.以2座大桥为例,分析了桥梁基频对大跨PC连续刚构桥冲击系数的影响,并将算例中的冲击系数计算结果同按规范JTG D60-2004计算的结果进行了比较.结果表明:桥梁基频对冲击系数的影响比较显著,冲击系数随基频的降低而降低.