基于车-路耦合的沥青混凝土路面结构动力响应分析

本文在建立车辆-道路耦合系统分析模型的基础之上,编制了车路耦合系统的动力仿真程序,研究了不同路面不平顺幅值,不同车辆行驶速度,不同车辆载重以及轴数的变化等参数情况下路面结构不同节点的位移及加速度随参数的变化情况;并探讨了不同路面结构层厚度组合情况下对路面结构的动力响应的影响,研究结果表明路面不平顺幅值对于路面结构的位移与加速度响应影响巨大;车速增加虽不影响路面结构的位移响应,但是增大了路面结构的加速度响应从而增大了对于路面结构的冲击作用;载重的增大会显著增大路面结构的位移与加速度响应;不同路面结构层厚度的组合会显著影响路面结构系统的动力响应,相关的研究还有待于进一步的理论与试验验证。     

交通荷载作用下市政道路路面振动测试与分析

对市政道路进行减隔振设计,需先研究交通车辆荷载引起的道路振动特性。实测了广州市南大路和番禺大道北辅路在四种车辆和混合车流时的路面振动加速度,并对测试数据进行峰值、频谱、VLz振级分析,研究车辆荷载引起的市政道路振动规律。结果表明:道路振动加速度响应幅值与汽车轴重、行驶速度、道路结构刚度密切相关,随着汽车轴重、车辆行驶速度和道路刚度的增大而增大;汽车荷载激励以竖向振动为主,频率主要在5.0～40.0 Hz之间,能量集中于10.0~20.0Hz范围。     

车路耦合条件下沥青混凝土路面变形特性时域分析

考虑路面不平整度激励下车路耦合振动的研究主要是在频域范畴内利用线弹性模型进行。利用有限元方法建立了考虑路面不平整度因素的车路耦合非线性数值模型,分别研究了不同路面不平整度、不同车辆行驶速度、不同车辆载重和不同路基强度等影响因素下的道路结构振动响应情况。考虑道路结构本身的复杂性,每一结构层对振动的响应均会表现不同,为了突出和便于比较影响因素下的变化趋势,故取路表位移响应作为研究对象。研究发现:无论在何种路面条件下行驶,道路位移响应都可以明显地分为3个阶段,暂称为:车辆临近、车辆进行和车辆离去;路面平整度越差,路面结构位移也越大,C级路面下的最大位移量是A级路面的1.31倍;路面响应的最大位移峰值主要受车辆自重影响,而在车辆进行阶段出现的一些小的位移振动峰值主要受路面不平整而引起的随机振动影响,而且这些小的振动峰值随着路面不平整度的变差而增大,随着车辆行驶速度的增大,路面最大位移量变小,但是最大位移量的变化幅度很小,趋势不是很明显;车辆超载后,路面最大位移量增大明显,超载比例达到100%情况下,路面变形增大幅度在50%~109%之间;路基强度降低后,路面最大位移量明显增大,路基强度降低28%后,路面变形增大幅度在15%左右。     

不同车速下人行天桥车致振动响应分析

针对人行天桥下过往车辆引起天桥主梁的振动问题,对地面和气流2种振动传播途径下天桥的振动响应规律进行研究。利用ANSYS软件建立人行天桥有限元模型,分别进行地面激振和气流激振下的加速度时程响应分析和应力分析,得出不同车速下2种激振方式对人行天桥的影响程度及振动响应规律,并用实测数据进行了验证。结果表明:车辆激励下人行天桥主要产生由地面和气流2种激振方式共同作用引起的竖向振动,且车速是引起人行天桥气流激振的主要因素;地面激振对人行天桥的影响时间要长于气流激振,而且加速度峰值时刻错开、方向相反,对振动有削弱作用;5t重的车辆在B级路面上车速小于60km/h时可不考虑气流激振对结构的影响,但不同车速下均应考虑人行天桥地面激振的影响;实测分析结果与理论分析吻合较好。     

三自由度车辆模型在差异沉降指标确定中的应用

在对不设桥头搭板的路桥过渡段路面进行简化后,建立了三自由度车辆垂向振动系统分析模型,通过模态分析方法求解并计算了车辆上桥和下桥时的人车系统的位移响应和加速度响应;利用所建的车辆模型对经过路桥过渡段时的振动特性进行了评价;并详细分析了行进方向、车速、桥面沉降坡差、车辆载重等参数对差异沉降控制指标的影响.     

基于车桥耦合振动的RC系杆拱桥加固效果评价

为了对采用吊拉主动加固方法的钢筋混凝土系杆拱桥进行基于车桥耦合振动分析的加固效果评价,首先,利用ANSYS软件建立空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元梁格模型,并选取三轴9自由度的车辆模型及路面不平度等级B分别模拟实际车辆及桥面状态,将梁格模型调入BDANS软件,通过数值模拟车、桥动力响应,计算得到桥梁动位移、加速度响应,研究加固前后桥梁控制截面所受到的动力冲击作用;然后,分析桥梁加固前后不同位置加速度响应的频谱特征;最后,对依托工程动力特征、动态响应及车桥耦合作用的实测值与理论值进行比较分析。结果表明：通过该方法加固后结构的竖向自振频率较加固前均有提升,但提升幅度较小;加固前后结构不同位置的动力响应随车速增加呈逐渐增大的趋势,且车速在60～80 km·h^-1时,加固后结构跨中截面的动力响应降幅最大;加固后结构控制截面的加速度均方根值小于加固前,根据其变化幅值建议车辆通过加固后桥梁结构的速度为60 km·h^-1,以保证行人过桥时的体感舒适度、通行效率及行车安全;通过理论值与实测值的对比分析,验证了基于车桥耦合振动分析方法对桥梁结构加固后行车性能评价的有效性。     

移动车辆荷载作用下高低塔斜拉桥动力响应时程分析

移动车辆荷载对于结构的动力时程响应分析越来越受到工程界的重视,文章依托某高低塔斜拉桥,运用Midas有限元分析软件对结构在不同车速情况下主跨跨中位置的动挠度、冲击系数及竖向加速度的动力时程响应进行了数值模拟计算分析。车辆以一定速度通过桥面时,斜拉桥主跨跨中位移响应随时间推移明显逐渐增大,当车辆行驶至桥跨跨中附近时的位移响应达到最大,车速为10~40km/h时会产生较明显的局部振荡,车辆完全通过全桥后,主跨跨中仍会持续5~10s的自由振荡。主跨跨中冲击系数随车速增加呈现波动上升趋势,斜拉桥主跨跨中的正最大加速度响应值随车速增加呈现类似正弦曲线特性的变化趋势。     

基于桥头跳车动力作用影响的台背回填处治技术研究

在考虑车辆动力模型及路桥过渡段不平整几何模型的基础上,采用3轴9自由度车辆运动动力模型,结合弹塑性动力有限元方法,建立可用于分析路桥过渡段车辆振动荷载作用的路基路面动力响应三维有限元模型,计算结果表明,由于路桥高差的激振,车辆将产生一定幅度的垂向和俯仰运动,路面受到的最大动力荷载作用在距离桥头10～30 m范围内;考虑到通平高速公路1-5合同段主要分布为全风化花岗岩,试验结果表明,当地全风化花岗岩填料0.075 mm通过率越小,渗透性越好,可采用强度相对高、颗粒粗的全风化花岗岩填料进行台背回填,其他标段则采用符合规范要求的碎石土填筑。     

重载铁路路桥过渡段路基纵向动力响应规律分析

为研究重载铁路路桥过渡段在轴重增大、速度提高情况下的变形和动力响应,本文采用有限元数值计算方法,系统总结了重载铁路路桥过渡段路基纵向动力响应规律。分析表明：轴重的变化是影响动应力峰值的决定性因素;列车上桥时,动位移在距桥台0~25m范围内比较集中,变化明显,在该范围内动位移先增大,后减小,在15m左右位置动位移达到最大值。25t轴重、速度100km/h时,桥两侧点的加速度峰值均显著增加;尤其速度提高到120km/h后,影响更甚;上桥侧过渡段路基表面动位移和加速度峰值变化受轴重等因素的影响较下桥侧明显。     

车-桥系统在路面随机谱激励下放大效应的归类分析

提出了在路面随机谱激励下,将多个参数变量进行分离,两两组合,并按不同基准对车-桥振动的动力放大效应进行归类分析的方法。建立了考虑路面随机激励的车-桥振动微分方程组,计算了系统中的动力放大系数并赋予其点、线、面的几何意义;定义了路面不平顺谱放大系数,并以响应类型、车速、路面不平顺等级为标准进行了计算、归类分析。结果表明:车-桥系统的动力放大效应总体上随车速及路面不平顺等级的增大而增大;在不同路面不平顺等级下,桥的动力放大系数小于车的动力放大系数;同时,路面不平顺等级显著影响车与桥的动力放大系数;工程上应重视对路面的维护,以减小对桥梁结构的冲击,降低车辆行驶的振动。     

车桥耦合振动的桥面非平稳随机激励模拟

为研究桥面非平稳随机激励对车桥耦合系统的影响,采用滤波白噪声法生成单轮桥面非平稳随机激励时域模型,结合车辆前后轮的时间滞后和左右轮的相干关系,生成车辆六轮相关的桥面非平稳随机激励样本并验证了样本的有效性。分析一座3×30 m连续T梁桥和一辆三轴重载汽车在非平稳桥面激励下的车桥耦合振动响应,现场实测桥面不平度,并采用传统蒙特卡罗法对车辆和桥梁的振动响应进行计算。研究结果表明:根据车辆六轮间的时间滞后关系和相干函数关系所建立的桥面非平稳随机激励模型满足目标相干函数和功率谱密度,且时间滞后关系明确,模型有效可靠;当车辆加速行驶时,因桥面不平顺引起的非平稳随机激励信号的幅值随速度的增大而增大,非平稳激励下的桥梁和车辆振动响应大于平稳激励所产生的振动响应;非平稳激励对桥梁振动响应的均值影响很小,但对车辆振动响应均值影响较大,车辆振动对桥面随机激励更敏感;非平稳激励对车辆和桥梁振动响应标准差的影响较大,且振动响应标准差随着车辆加速度的提高而增大;研究车桥耦合振动很有必要考虑车辆非匀速行驶而引起的桥面非平稳随机激励,建议车辆匀速通过桥梁,尽量避免在桥上加速行驶。     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

基于整车模型的桥头路面动力荷载分析

由路桥不均匀沉降产生的桥头跳车将导致桥头路面受力显著增大和路面提前破坏。通过建立7自由度整车运动动力模型和路桥过渡段路面-桥面形状几何模型,采用Wilson-θ方法求得了车辆经过不平顺的路桥过渡段所产生振动的时程。计算结果表明,桥头跳车中汽车后轮的最大动荷载明显大于其静荷载,且其最大动荷载并不一定仅发生在桥头搭板范围内,而在下桥方向一定长度范围内。对于长度小于100 m的桥梁,桥梁长度对路面所受最大动力荷载的大小和位置均有较大影响。因此常规仅对桥头搭板进行加强的设计方案是不够的,还应根据桥梁的长度不同,对桥头一定长度范围内路面就跳车所产生的动力荷载进行深入分析。     

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。     

声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空试验与数值仿真分析

为了研究声振法检测水泥混凝土路面板纵缝脱空动力响应,针对水泥混凝土路面板纵缝脱空,采用室内缩尺试验和数值仿真结合的方法,通过传感器采集和分析室内试验中水泥混凝土路面板的应变和振动加速度。同时,结合试验情况建立水泥混凝土路面板纵缝脱空有限元模型,对路面板进行数值仿真分析,并与试验解进行了对比。结果表明:随着水泥混凝土路面板纵缝脱空面积的增大,路面板最大振幅对应的频率逐渐降低,振动时间逐渐延长,板的振动加速度和应变逐渐增大,其中板底应变大于板顶应变,且不同落锤高度也对试验结果有一定影响;纵缝脱空水泥混凝土路面板的最大振动加速度、应变和振动时间明显大于非脱空水泥混凝土路面板,而最大振幅对应的频率小于非脱空路面板;纵缝脱空试验解与数值解对比表明数值解是可行的,二者可以互相验证。     

路桥过渡段车路动力学分析方法研究

为探寻路桥过渡段桥台与引道之间容许差异沉降的理论确定方法,车辆采用两自由度体系模型,路桥过渡段采用不设搭板的台阶模型,行进方向取下桥向,认为车辆通过路桥过渡段作自由振动,给出了车辆振动方程和初始条件,分别用振型叠加法和拉普拉斯变换法进行了车路动力学分析,求出了人的竖向加速度和路面对车辆的作用力.2种方法计算结果非常吻合,表明当车辆模型和路桥过渡段模型较复杂时,路桥过渡段车路动力学分析可以采用拉普拉斯变换法,其中拉氏数值逆变换采用Crump法,计算程序的编制采用MATLAB语言.     

路桥过渡段车路动力学分析方法研究

为探寻路桥过渡段桥台与引道之间容许差异沉降的理论确定方法，车辆采用两自由度体系模型，路桥过渡段采用不设搭板的台阶模型，行进方向取下桥向，认为车辆通过路桥过渡段作自由振动，给出了车辆振动方程和初始条件，分别用振型叠加法和拉普拉斯变换法进行了车路动力学分析，求出了人的竖向加速度和路面对车辆的作用力。2种方法计算结果非常吻合，表明当车辆模型和路桥过渡段模型较复杂时，路桥过渡段车路动力学分析可以采用拉普拉斯变换法，其中拉氏数值逆变换采用Crump法，计算程序的编制采用MATLAB语言。     

大跨径钢桥面铺装层车辆动响应影响因素分析

从耦合振动的角度出发,研究大跨径钢桥面铺装层在车辆随机动荷载作用下的响应机制.将汽车等效为2自由度5参数模型,考虑桥梁表面不平顺产生的随机激励,建立车-钢桥面铺装耦合振动分析模型.利用模态分析与时变系数常微分方程求解方法,分析钢桥面铺装在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律.定义由铺装层竖向位移、拉应力和拉应变表示的动力放大系数,研究车速、桥面不平度、铺装层开裂损伤和粘结层滑移等对动力放大系数的影响.结果表明,路面不平度、粘结层滑移是影响动力放大系数的主要因素,在进行大跨径钢桥面铺装结构设计时可考虑动力放大系数为1.5.     

斜拉桥节段纵移悬拼法足尺模型试验研究

为验证节段纵移悬拼工艺的可行性、合理性及可操作性,研究施工过程中结构的动力响应,以北盘江大桥为背景进行了足尺模型试验,试验工况涵盖了工艺中每个不确定的、有待验证的状态;并基于耦合系统动力分析理论,将结构简化为两自由度的弹簧-质量块振动系统,建立了试验过程大系统动力学方程进行理论计算,动力模型包含了5个典型动力状态,即地面提升、运梁小车纵向运输、运梁小车与桥机吊点协同前进、桥机吊点前移、桥机整体提升。研究结果表明:各工序下运梁轨道及主桁架测点加速度幅值较小,桥面吊机吊点前移时结构响应最为显著,桥面吊机端部最大加速度为0.212g;轨道梁测点的最大加速度方向为纵向,下弦杆测点的最大加速度方向为竖向,高速挡下轨道梁测点的纵向、竖向加速度实测幅值较低速档分别增大约54%,51%,下弦杆测点的纵向、竖向加速度实测幅值较低速档分别增大约31%,36%,轨道梁应力峰值在高速挡时也有所增大,跨度最大位置的测点对车速最为敏感;测点理论竖向加速度幅值、理论轨道梁应力峰值与实测值吻合较好,验证了理论模型的准确性;试验过程平稳且连贯性较好,节段纵移速度快、整体对接耗时少,较散拼法有较明显的工期优势。     

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。