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.     

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.     

斜拉桥在考虑风效应时的车-桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁时,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的指标.风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用MonteCarlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载.根据结构动力学理论,建立了机车(车辆)的动力学方程;建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路(最好的线路)模拟.计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s.     

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。     

车-桥耦合振动的联合方程分析方法

根据d'Alembert原理和有限元理论,分别建立了车辆和桥梁的振动方程;基于车辆密贴理论,轮底接触点位移由桥梁节点位移采用形函数插值得到,接触点作用力等效成桥梁单元的结点力代入桥梁振动方程,将车辆、桥梁振动方程组联立形成了车-桥耦合振动的总体振动方程;采用数值积分的Newmark-β法求解方程组。结果表明:此方法和经典的迭代求解方法是吻合的。     

简支斜板的车-桥耦合振动分析

利用Ansys计算了简支斜板桥不同斜度时的自振频率,分析了基频系数和前5阶频率随斜度的变化．用薄板单元模拟简支斜板桥,用移动质量模型模拟车辆,建立了车-桥耦合振动分析方法,分别考察了斜度、车辆速度及车辆行驶方式对斜板桥挠度和弯矩冲击系数的影响,得出了斜板桥冲击系数随斜度、车辆速度及车辆行驶方式的变化规律,得到了基频随斜度的增大而增大、冲击系数与车辆速度没有单调递增或递减规律及不同截面位置的挠度和弯矩冲击系数不同等结论．     

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。     

客运专线车-线-桥垂向耦合系统振动的特性

近年来,高速铁路在我国得到了快速发展,由高速列车引起的线、桥振动问题越发突出.针对客运专线车-线-桥系统的特点,利用有限元方法建立了车辆一无砟轨道-桥梁耦合模型.鉴于模型的复杂性,将该模型分为列车一无砟轨道系统和无砟轨道-桥梁系统两个子系统来研究,两个子系统通过轮轨相互作用力耦合.根据Hamilton原理,可推导出两个...     

岔桥相对位置对列车-道岔-桥梁耦合振动的影响

为确定合理的岔桥相对位置,建立了列车-道岔-桥梁耦合系统的振动分析模型,用数值模拟法,分析了350 km/h、18号渡线道岔布置于6×32 m的连续梁上,岔桥相对位置对列车、道岔及桥梁的各项动力特性的影响.结果表明:岔桥相对位置对最大动轮载、轮缘力、尖轨及心轨开口量、车体运行平稳性的影响不显著,对最大减载率、脱轨系数、钢轨动应力及桥梁振动加速度的影响较大;最优的岔桥相对位置是道岔辙叉部分布置在列车运行方向上距离第3跨桥墩1/8~1/4跨范围内.     

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.     

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%。     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

铁路钢板梁桥车-桥系统振动控制研究

根据车－桥耦合振动理论,提出了一套抑制列车通过时铁路钢板梁桥振动响应的振动控制方案,并以一座实桥作为研究对象,对控制前、后列车以不同速度通过时桥梁结构的振动响应进行了研究,计算结果表明该振动控制方案是非常有效的。     

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。     

基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性研究

为探究车-桥耦合系统可靠性的效率和精度,建立列车-桥梁的耦合振动模型,并采用自回归方法模拟轨道不平顺. 回顾ARMAX （auto-regressive moving average exogenous）模型的基本原理,提出了基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性分析框架;利用代理模型获得列车响应预测值,并与直接蒙特卡罗模拟（monte carlo simulation,MCS）法结果进行对比,探讨了代理模型在分析行车安全时的计算精度和可靠性分析效率. 结果表明:代理模型预测列车竖向和横向加速度响应的效率显著高于MCS法,约为3个数量级;预测竖向、横向车体加速度的精度分别为98.66%、86.55%,求解精度较好,可显著提高车-桥耦合系统可靠性分析的效率.      

中低速磁浮车岔耦合振动研究

为研究中低速磁浮道岔主动梁关键参数对车岔耦合振动的影响,进行了各工况下磁浮道岔主动梁的模态测试,并建立了考虑道岔主动梁弹性振动的车岔耦合动力学模型,对悬浮稳定性进行了分析. 通过仿真与试验对比,对道岔主动梁的模态特征进行了修正,并基于修正后的车岔耦合动力学模型,研究了磁浮道岔主动梁不同设计参数对悬浮稳定性的影响规律. 研究结果表明:中间台车采用50 MN/m的弹性约束进行等效,能够达到比较理想的误差要求;二台车支撑方案相比三台车支撑方案,更容易避开磁浮车岔耦合的共振频率;随着主动梁一阶垂向弯曲频率的不断增大,悬浮控制参数的稳定区间越小,当道岔主动梁垂向弯曲频率大于12 Hz时,更容易出现车岔耦合振动现象;随着道岔主动梁刚度的增加,悬浮控制参数的稳定范围越小;增加道岔主动梁结构阻尼比不能解决车岔耦合共振问题,只能降低振动幅值大小;随着道岔主动梁线密度的增大,越不容易出现车岔共振现象,当线密度低于1 500 kg/m时,悬浮稳定区间将急剧下降;中间台车的等效支撑刚度越大,控制参数的稳定区间越小,但影响幅度不大.      

箱梁横梁缺陷对斜交桥动力特性影响

采用频谱分析法对桥梁进行动力测试,得出由于该桥预制横梁斜交角度不足,从而引起桥梁动力特性发生变化。通过脉动测试桥梁实际工作时与设计基准频率时的动力特性,对比发现动力特性能较好反映成桥的缺陷,且横梁缺陷对桥梁竖向频率影响不大。     

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.