冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型.以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥...     

车辆轴限对钢筋混凝土桥梁可靠度和加固费用的影响

为了分析车辆限载对钢筋混凝土桥梁可靠度和加固费用的影响,基于实测车辆动态称重数据和可靠度理论,研究了桥梁可靠度及其年均加固费用与车辆轴限值的关系。首先根据车辆动态称重数据统计得到交通荷载资料,在保持车货运输总重不变的前提下,采用蒙特卡罗法模拟不同轴限值约束下的随机车流。然后,计算桥梁在不同轴限值下的时变可靠度,结合不同加固方案所引起的可靠指标变化确定桥梁剩余使用寿命及其年均加固费用,并拟合确定轴限值与年均加固费用的关系曲线。最后,以湖南某地区的实测车辆动态称重数据及一座典型的钢筋混凝土简支T梁桥为例进行分析说明。研究结果表明：对桥梁进行限载可以减缓桥梁可靠指标的下降速率;在车货运输总重保持不变的条件下,轴限值越大,桥梁的可靠指标下降越快,桥梁使用寿命越短;当轴限值不超过10 t时,桥梁使用寿命可以达到设计使用年限,而当轴限值超过16 t后,桥梁结构的可靠指标随时间下降明显,在达到设计使用年限之前需要采取加固措施;采用3种常见的方案对桥梁进行加固后,桥梁剩余使用寿命随轴限值的增加均呈明显的下降趋势;随着轴限值继续增大,3种加固方案对桥梁剩余使用寿命的影响越来越小,而桥梁年均加固费用却随轴限值的增大呈指数型增长。     

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。     

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。     

公路车辆对道路破坏性研究的系统化方法

为研究公路车辆对道路的破坏性,采用功能化虚拟样机(Functional Virtual Prototype)技术,基于多体系统动力学理论建立车辆系统的功能化虚拟样机,通过仿真得到车辆对道路的动态作用力;采用有限元方法(FEM)进行道路响应的研究,继而进行道路的疲劳断裂分析。最后形成一套完整的公路车辆对道路破坏性研究的系统化方法,并用于研究车辆设计、使用参数对道路破坏性影响的变化规律,提出了有关车辆设计与使用方面的有益建议。     

移动车辆非定常气动力时域模拟及分析

为了在时域中考虑复数导纳函数,精细化模拟作用在移动列车上的非定常气动力,提出列车复数导纳函数时频变换方法,并建立同时考虑顺风向、横风向和竖向脉动风的移动列车非定常气动力数学模型.首先,推导出相对于移动列车的瞬时风速,并将瞬时风速代入到移动列车风荷载模型中,通过泰勒级数展开和忽略脉动风速、三角函数高阶项,将移动列车非定常...     

桥塔遮风效应对移动列车气动参数及行车安全的影响

为研究桥塔遮风效应对移动列车气动参数的影响,以沪通长江大桥这一钢桁梁斜拉桥为背景,基于移动列车模型试验装置,设计了缩尺比均为1：30的桁梁、桥塔和CRH3列车模型,依托XNJD-3风洞实验室进行了一系列试验。基于测试结果,分析列车通过桥塔区域时车速、风速以及合成风向角对列车气动参数的影响,并利用风-车-线-桥耦合振动模型分析了桥塔处气动参数突变对CRH3列车行车安全的影响。研究结果表明：桥塔遮风效应对移动列车影响显著,车辆气动参数在桥塔区域呈现突变的现象,升力系数和阻力系数经历了先减小后增大的过程,力矩系数则先增大后减小;风速越低,气动参数曲线在桥塔处的突变程度越大;气动参数曲线的突变宽度远大于桥塔自身的宽度,且车速越高突变宽度越大;合成风向角越小,列车气动参数在桥塔区域的变化越显著;列车离开桥塔区域时,桥塔尾流会造成升力系数和阻力系数局部增大;在考虑桥塔遮风效应的情况下,列车车体加速度在桥塔区域急剧增大,当列车远离桥塔区域时又逐渐减小;桥塔遮风效应会威胁列车的行车安全,未考虑桥塔遮风效应的分析结果是偏不安全的。     

气动力矩阵和气动导数对桥梁颤振稳定性的影响

采用集中气动力矩阵和一致气动力矩阵2种不同形式的气动力矩阵,并利用4种不同截面的气动导数研究了气动力矩阵对颤振临界状态的影响;采用理想平板的气动导数研究了各气动导数对颤振临界状态的影响。结果表明:采用集中气动力矩阵可降低颤振临界风速,使结果偏于保守;各气动导数对量纲一的风速和颤振临界风速均有一定影响,而对颤振频率影响较小,从而进一步证实了采用流线型断面形式的桥梁,其颤振形态是弯扭耦合的经典颤振。     

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。     

桁梁桥气动导纳函数的试验研究

在介绍识别气动导纳函数的试验原理和试验方法的基础上,以坝陵河大桥和果子沟大桥为例进行了桁梁桥气动导纳函数的试验研究.对不同攻角、不同风速下的升力导纳、阻力导纳和升力矩导纳进行对比分析,概括了桁梁桥气动导纳函数的特点,并利用数值拟合技术,得到桁架结构断面气动导纳函数的经验拟合公式.基于该公式,对坝陵河大桥和果子沟大桥进行了抖振频域分析,并与风洞试验抖振响应测量结果做对比,表明计算值与试验值具有良好的一致性,证明了桁梁气动导纳识别方法的正确性和拟合公式的有效性.     

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷.研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相...     

风洞试验中车辆锚定方式对气动力测量的影响分析

利用国内首个整车气动-声学风洞对某车辆在两种锚定方式下的气动力进行测量。结果表明,传统的浮动模式在高风速时车尾上翘,且上翘高度随着风速增加而增大。导致气动阻力系数比固定模式大,最大差值0.006。风速高于100km/h时气动升力系数比固定模式小,最大差值0.007。因此,整车气动力测量时应考虑锚定方式的影响,根据试验目的和条件合理选择车辆锚定方式,以保证测试精度。     

高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟

为探明高铁连续梁桥龙卷风荷载特征,采用计算流体动力学手段,开展了高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟研究.首先,以Ward型龙卷风发生装置为物理原型,按照原理相仿和等效替代的原则建立了相应的数值模型.然后,基于上述模型开展龙卷风场数值模拟,并与文献提供的风洞试验结果进行对比,验证了数值龙卷风场的准确性.在此基础上,以某大跨度...     

城市公交车与社会车辆混合流速度模型及交通运行状态分析

为了精确解析城市公交车和社会车辆混合运行的状态,在基本路段车速模型适用性分析的基础上,引入公交车流量、社会车辆流量、公交车比例等参数,建立了改进的混合机动车运行速度模型,分别选取单向二车道和单向三车道路段进行交通试验调查,采用Metrocount 5600气压管式车辆分型系统进行数据采集并用于改进模型的参数标定,并分别建立了2种车型的速度差模型,提出了路段混合车流3种不同交通运行状态的评价方法。研究结果表明：同等车流量情况下,不同公交车比例对社会车辆速度的影响表现为3个显著的变化区间;随着路段饱和度的增加,社会车辆和公交车之间的速度差呈现出从几乎不变、快速缩小到接近于零3个较为明显的运行状态;考虑车流组成中公交车比例的变化可以细化路段车流畅通状态、拥堵形成状态以及拥堵状态的判别。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响,以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景,首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型;然后通过在风洞试验段入口处采用格栅条被动紊流发生装置,模拟一系列紊流风场;最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验,测试列车和桥梁表面风压,并积分获得列车和桥梁气动力。基于此,分析了双线轨道不同位置下,顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律,并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小,紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场;紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著,而对车头气动力特性影响较小,车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低,升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著;桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车,其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小,升力系数随紊流度增加而增大,力矩系数随紊流度的变化规律并不明显;车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度,桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数;列车位于背风侧轨道时,车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道;风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的,且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。