车-桥耦合振动的动力响应分析

通过三角级数叠加法模拟桥面不平顺激励,运用大型有限元通用分析软件ANSYS的耦合技术对车-桥耦合振动进行了分析.提出了5个自由度的车辆模型模拟重车,160个梁单元模型模拟简支梁桥,把车辆和桥梁结构视为2个系统,利用Newmark-β法求解车-桥耦合振动方程组,进行了桥梁结构振动的位移、弯矩的响应研究.得到了桥梁跨中最大位移和弯矩都不是发生在桥梁跨中位置;随着桥面不平顺有明显的变化,随着桥面状况的变差,其响应越来越大.     

车-桥耦合振动条件下T梁桥荷载横向分布分析

通过对车-桥耦合振动力学模型的分析,利用车轮和桥面的位移协调方程将车辆振动方程和桥梁振动方程联立求解并对T梁桥荷载横向分布规律进行了动力分析.结果表明:T梁桥荷载横向分布的动力规律与静力规律相比存在较大差异,荷载横向分布系数为时间的动态变化函数;车-桥耦合振动对于跨中挠度横向分布系数的影响很小,对于跨中梁底正应力横向分布系数、支点剪力横向分布系数的影响则不可忽视;荷载横向分布系数与车辆行驶速度之间虽无明确的变化规律,但是车辆行驶速度对跨中梁底正应力和支点剪力横向分布系数的影响应引起足够的重视;路面不平度等级对荷载横向分布系数的影响较小.     

车-桥耦合系统的动力特性分析

利用振型叠加法以及时变力学系统的求解方法，以简支梁桥为对象，开展了车-桥耦合系统的振动特性分析。通过数值计算，比较了移动力、移动质量、移动振动系统三类模型的计算结果，讨论了跨径和移动速度变化时对挠度冲击系数和弯矩冲击系数的影响。并根据Piotr给出的结果对本方法进行了验证。     

我国车-桥耦合振动的研究现状及发展趋势

自进入21世纪,我国公路与铁路交通在高速化与重载化得到了巨大的发展,而桥梁也朝着轻质、大跨迈进,车-桥结构的动力问题越来越突出,车-桥耦合振动的研究因此获得了许多的关注。在回顾了近20年中国在车桥耦合问题研究的基础上,总结了车-桥耦合振动研究的车辆模型、桥梁模型及数值计算方法,并针对关于地震荷载、风荷载、不平整度和共振等4个方面的车-桥耦合振动研究内容做了系统介绍。并对车-桥耦合需要进一步研究的问题进行了探讨,可对今后车-桥耦合问题的研究提供一定的参考。     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s^-1, 车速达到100km.h^-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h^-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

拟“车-桥耦合系统”的动态近似分析法

目前对于车体通过桥梁的动力响应问题,通常是将车辆子系统和桥梁结构耦合为一个系统,同时进行分析.文中提出一种近似但具有足够精度的方法用以计算车-桥耦合系统的动力响应.将车-桥耦合方程分解为两个部分,忽略作用在桥梁上的由移动车辆产生的惯性力项,只剩下移动力项.计算出桥梁在移动力作用下的响应,并把此响应作为车体动力响应的激励源反馈给车体,从而计算出车体的响应.从数值计算的角度,采用MATLAB编程并与车桥耦合系统精确的数值解作对比,验证了轻车过重桥情况下本文方法的可行性.通过分析表明,此方法能避免车-桥耦合系统计算时的庞大运算.     

三线合一、三塔悬索桥风-车-桥耦合振动性能对比

以某三线合一、三塔悬索桥的2种设计方案(钢箱桁和钢桁方案)为工程背景, 通过车桥系统节段模型风洞试验, 测试了车辆和桥梁的三分力系数, 并基于风-车-桥系统空间耦合动力学模型, 采用自主研发的桥梁分析软件BANSYS, 对比分析了该桥的结构动力特性与风-车-桥耦合振动性能。分析结果表明: 三线合一、三塔悬索桥结构自振频率较低; 车辆气动力受轨道位置的影响较大, 钢桁方案迎风侧车辆阻力系数约为钢箱桁方案的2.2倍; 当风速为0时, 桥梁、车辆的动力响应总体上是随车速的增大而增大, 在同一车速下, 钢桁方案的桥梁位移较钢箱桁方案大, 主要是由于钢桁方案的桥梁整体刚度略弱于钢箱桁方案; 当考虑风速影响时, 桥梁的横向响应随风速的增大而显著增大; 车辆位于迎风侧, 风速为25m·s^-1时, 钢箱桁方案和钢桁方案的桥梁横向位移约分别为风速为15m·s^-1时的位移的2.4倍和3.8倍, 横风对桥梁的横向响应起主导作用; 同一风速时钢桁方案的桥梁响应总体上较钢箱桁方案大; 同一方案时车辆响应随风速的增大而增大, 当风速达到25m·s^-1时, 车辆动力响应显著增加, 相比15m·s^-1时最大增加幅度为71.6%。     

桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动的影响

为考察横向风作用下桥塔附近风场突变对行车安全性和舒适性的影响,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大跨度悬索桥桥塔区域桥面风场进行了仿真分析.通过组合节段模型风洞试验,测试了车辆沿不同位置的轨道运行时车辆、桥梁的气动力系数.基于不同位置轨道处的风场分布和测试的气动力系数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS,对车辆沿不同位置轨道通过桥塔区域时的动力响应进行了对比分析.研究结果表明,桥塔附近桥面风场变化剧烈,存在局部加速效应;桥塔处风场突变效应对车辆横向响应的影响明显.     

简支梁在行驶车辆下的动态响应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,提出了四自由度1/2车辆模型;应用广义虚功原理建立振动方程,并引用国标(GB/T 7031—1986)建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,求得了不同等级桥面的不平整度值;通过数值仿真得到不平整桥面简支桥梁在运行车辆作用下的时域响应,获得了相应冲击系数随桥面等级及车速变化规律。结果表明,桥梁冲击系数随着车速增加呈增大趋势;随着公路桥面等级变差呈非线性增大,桥面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

磁浮列车单铁悬浮车桥耦合振动分析

为研究单铁悬浮车桥耦合振动, 将悬浮控制系统、车辆结构、弹性轨道梁及桥梁安装系统作为整体系统, 建立整体系统的磁浮列车的悬浮控制-弹性桥梁-机械结构垂向耦合振动模型, 以不同频率的外力激扰模拟磁浮列车不同的速度下对桥梁的作用, 分析了不同梁型在整体系统耦合条件下的跨中挠度与振动加速度的变化。研究结果表明: 单铁悬浮稳定后, 简支梁跨中挠度约为两跨连续梁悬浮处挠度的2.5倍; 以200km·h^-1车速通过桥梁时其挠度略小于400km·h^-1车速通过工况, 但前者再次达到稳定状态所需时间约为后者的1/3;车辆以相同速度通过桥梁时, 连续梁悬浮处跨中挠度约为简支梁的40%, 且前者振动加速度小于后者; 仿真过程中桥梁安装临界刚度范围为(5.5~6.5)×10⁷ N·m^-1; 两跨连续梁动力学性能较简支梁更为优秀。     

混凝土浇注和振捣

本文结合多年实践总结,提出混凝土浇注和振捣方法仅供参考.     

关于公路桥梁冲击系数的探讨

参照简化的车辆模型和桥梁模型建立车-桥相互作用的数学模型,给出在移动车辆荷栽作用下连续梁桥各截面动力响应的时程曲线和连续梁桥前几阶模态的振型曲线,研究表明,连续粱桥各控制截面起主要作用的模态并不都一样;另外,数值分析表明,对于连续梁桥,冲击系数公式仅考虑桥梁第一阶频率是不合理的。     

简支梁桥顺桥向地震动分析

为了计算多跨简支梁桥地震荷载, 根据弹性地基上桥墩的变形特性, 将墩顶作用单位集中力时, 桥墩静力挠度曲线方程作为基本振型, 考虑了地基变形的影响, 利用拉格朗日方程推导了多跨简支梁桥顺桥向地震振动方程, 给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。仿真计算结果表明: 简支梁桥一、二阶自振频率的计算值分别为7.43及11.19 Hz, 而其试验值分别为7.00及10.55Hz, 其误差在5.8%以内。可见, 提出的振型可以用于简支梁桥顺桥向的抗震性能评估。     

板式轨道交通引起的地面振动模型

为了研究板式轨道交通引起的地面振动, 建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中, 考虑了板式轨道的结构特性, 大地按多层各向同性无限大弹性体建模, 其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域内进行求解, 然后利用傅立叶逆变换得到地面振动的垂向位移幅值计算表达式。算例表明, 该模型能反映出层状大地中波的频散特性, 荷载移动速度对地面振动有显著影响, 荷载速度增大, 振动响应及影响范围随之增大, 当其超过瑞利波波速时, 将会出现多普勒效应, 这说明该模型能模拟地质沉积作用下的层状大地特性。     

橡胶浮置板式轨道结构竖向振动分析模型

应用轨道段组合单元, 建立了能反映橡胶浮置板式轨道结构竖向振动特性的动力分析模型。在模型中, 钢轨模拟为连续弹性支承的Euler梁; 浮置板视为弹性薄板, 用有限元法中的纵横向有限条带单元进行离散; 钢轨扣件及橡胶支座模拟为线性弹簧和阻尼。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则, 建立了地铁列车-橡胶浮置板式轨道竖向振动方程, 并对车辆和轨道结构的动力特性进行了数值分析。计算结果表明: 地铁列车通过广州地铁二号线橡胶浮置板式轨道时, 轮重减载率最大值为0.597, 车体竖向振动加速度最大值为0.846 m.s^-2, 浮置板式轨道系统的隔振效率为20%~27%, 因此, 车辆-轨道结构竖向振动分析模型能够准确描述地铁车辆和橡胶浮置板式轨道结构间的动力特性。     

中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统动力性能试验

为探究中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的振动特性,对其在上海临港中低速磁浮试验基地开展了现场动力学试验,研究了车速和桥梁结构形式对耦合系统动力响应的影响;试验车辆采用(悬挂)中置式悬浮架,试验桥梁为25 m混凝土简支梁和25 m钢结构简支梁;为明确2种桥梁的固有振动特性,对其进行了模态测试;提取了不同工况下车辆-桥梁耦合系统的加速度及桥梁的垂向动位移信号;计算了垂向和横向Sperling指标、动力系数、梁端转角等车辆-桥梁耦合系统关键动力指标,详细分析了耦合系统的动态响应特性,评估了系统的振动水平。研究结果表明：混凝土梁和钢梁的垂向一阶固有频率分别为7.32、7.72 Hz,2种桥梁的各项关键动力指标均满足相关标准要求;混凝土梁和钢梁的最大加速度分别不超过0.2、1.4 m·s^-2;当车速为5 km·h^-1时,钢梁的垂向动力响应幅值约为混凝土梁的7.6倍;在测试的速度范围内,车辆的横向Sperling指标均小于2.5,表明车辆在混凝土梁和钢梁上运行时均具有优秀的横向平稳性;车辆空气弹簧悬挂系统的垂向固有频率峰值在车速为25 km·h^-1时达到最大,通过混凝土梁和钢梁的垂向Sperling指标分别达到2.687、3.340。测试结果可为中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的优化设计和数值模型验证等提供有价值的参考。     

高速列车与博格板式轨道系统竖向振动分析模型

研究了博格板式轨道结构特点,提出了横向有限条与板段单元高速列车与轨道系统竖向振动分析模型,分析了此系统竖向振动特性。高速列车的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-博格板式轨道系统竖向振动方程组,采用Wilson-θ法对其求解。计算结果表明:钢轨与博格板竖向静、动态位移之差分别为1.1×10-2与2.0×10-4mm,200 km.h-1车速下此系统竖向振动响应计算波形图及量值均符合物理概念,这说明模型正确、可行。     

振冲碎石桩的施工控制和质量检验方法

由于振冲碎石桩处理软土地基施工简单、加固效果好、节省材料、成本低廉、无污染,故将被广泛应用于高速公路的软土地基处理。结合在福建泉三高速公路QA10合同段的施工实践,总结了施工控制和质量检验方法,供参考。