列车一斜拉桥系统在风载作用下的动力响应

主要研究脉动风与列车荷载同时作用下斜拉桥的横向振动问题。首先建立了横风作用下并考虑了轨道不平顺和车辆蛇行的车桥系统动力分析模型，推导了体系平衡方程组，编制了有关的计算机程序；根据Ｄａｒｖｅｎｐｏｒｔ风速功率谱模拟产生脉动风样本，并将其作为系统的随机激励，在计算机上模拟列车过桥的全过程，按不同车速计算了桥梁跨中和桥塔的横向位移、加速度以及桥上车辆的横向振动加速度响应。以一铁路斜拉桥为例，着重讨论了在正常使用极限状态下当风速小于３０ｍ／ｓ时的车桥系统动力响应的一些问题。     

随机车流作用的公路斜拉桥振动响应分析

目的 分析随机车流荷载对公路斜拉桥振动响应的影响,探究斜拉桥纵梁、桥塔和斜拉索的振动响应规律.方法 基于某高速公路的动态称重系统实测数据,建立考虑车型、车道、车速、车体质量、车辆间距和桥面不平顺的随机车流模型;采用MATLAB软件编程求解公路斜拉桥在随机车流荷载作用下的振动响应.结果 采用蒙特卡洛法随机抽样生成的随机车...     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

基于首超准则的随机车流下悬索桥加劲梁动力可靠度评估

为了研究考虑车辆运行状态的大跨度悬索桥加劲梁动位移概率特征及桥梁运营期的安全水平,基于实测车流数据和动力可靠度理论分析悬索桥加劲梁在运营期内车致响应的动力可靠度。建立考虑车辆占有率的桥梁动力可靠度数学模型,分析主跨为820 m的悬索桥在运营期内稀疏运行车辆和密集运行车辆作用下的加劲梁位移动力可靠度。研究结果表明:在随机车流作用下,悬索桥加劲梁在1/4跨节点的位移动力响应均方根最大,且加劲梁位移的界限跨越率随车辆样本数量的增大趋于稳定;在100 a内,实际运行状态下的动力可靠指标由5.92降至5.11,介于密集运行状态与稀疏运行状态之间;在不考虑桥梁抗力退化的情况下,随机车流作用下悬索桥加劲梁位移超限失效事件主要由密集运行车辆引起,但随着密集运行车辆的增大,可靠指标下降趋势减缓。     

风屏障透风率对侧风下大跨度斜拉桥车-桥耦合振动的影响

为研究风屏障透风率对侧风下大跨度斜拉桥车桥系统耦合振动的影响,通过风洞试验得出在桥梁上设置不同透风率风屏障情况下桥梁和桥上不同位置处列车的三分力系数,在此基础上根据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立考虑风荷载的车桥系统耦合振动方程对侧风作用下大跨度斜拉桥车桥动力响应进行计算。研究结果表明:当风屏障透风率由10%增大至40%,迎风和背风工况下跨中处桥面竖向位移最大值均呈现增大趋势;风屏障透风率对迎风工况车辆动力响应的影响较大;当风屏障透风率由30%增大至40%时,车辆的脱轨系数、轮重减载率和横向摇摆力增幅较为明显。     

随机车流作用下大跨度悬索桥振动分析

引入元胞自动机随机车流模拟方法,采用已建立的能考虑车辆空间振动的18个自由度整车模型模拟车流中重型车辆,利用单自由度车辆模型模拟车流中其他车型,模拟了能考虑邻近车辆对车流的影响桥上随机车流模型.通过车轮与桥面间的变形与接触力协调关系,建立了桥梁与车流耦合作用下运动方程.分析表明:车流中相邻车辆是否考虑对桥梁振动位移的影响较大,且随机车流作用下引起的悬索桥主梁及索塔的空间振动不能被忽视.     

列车荷载作用下高速铁路矮塔斜拉桥动力分析

为分析不同列车速度对大跨度矮塔斜拉桥的动力响应,本文以新建福厦客专雷公山特大桥为背景,基于midas civil建立该桥的有限元模型。根据我国高速铁路客车机车CRH380A的相关参数,利用移动荷载时程分析模拟列车过桥时的荷载。分析不同工况下主梁以及桥塔,斜拉索应力的动力响应。结果表明:车辆行驶方式和车速对桥梁动力响应有较大影响,车速越高,桥梁的动力响应越明显。且其响应峰值满足相关规范要求,说明列车在250km/h~400 km/h速度区间运行时桥梁结构刚度满足,振动状态良好。     

基于不同载重与车速的简支梁桥动力响应

采用振型分解法求解车桥耦合振动方程,分析简支梁桥在不同载重和车速作用下的动力响应.车辆采用1/2车模型,简支梁桥采用欧拉梁,建立车桥耦合振动方程,运用Ansys软件,得出简支梁桥跨中挠度变化曲线.结果表明,车辆载重的增加导致桥梁跨中挠度增加,车辆标准载重及车辆超载100%时跨中挠度分别为0.028,0.049 m.随着车辆速度增加,简支梁桥跨中挠度在车速60 km/h时达到峰值,此时桥梁与车辆产生共振.     

基于等参映射与改进折半法的 公路车桥耦合分析系统

针对传统全耦合车桥耦合分析计算量大、效率低的问题，基于等参映射及改进折半法建立公路车桥耦合分析系统. 采用ANSYS建立桥梁有限元模型，利用MATLAB建立多种精细化车辆动力分析模型，采用全过程迭代法分别求解桥梁子系统与车辆子系统. 为实现车轮荷载快速自动加载，引入四边形等参映射和改进折半查找法确定车桥接触点的插值系数和加载位置. 基于弹簧-质量模型过简支梁算例及某大跨悬索桥行车试验，将该分析系统与经典数值分析方法、实测数据以及传统的时间步迭代方法进行对比. 研究结果表明，所建立的车桥耦合分析系统具有较好的分析精度和计算效率，迭代过程收敛速度较快，可为高流量、高随机车辆荷载下桥梁结构空间响应分析提供参考.     

高速公路桥梁动力响应统计分析

车辆行驶引起的桥梁振动的动力响应数据是车桥耦合振动分析中重要参数。采用超声波测速仪、录像机及桥梁动态测试仪同人工记录相结合的方法,对高速公路交通荷载各要素进行24h连续、全面调查,记录的数据包括车型、车速、行驶车道、车辆到达时间以及每辆过桥车辆引起的桥梁动力响应数据。本调查采集了8片梁的5 650单车过桥的动响应数据,研究了交通荷载调查样本中不同梁体的动力响应数据的统计规律,全面分析了高速公路交通荷载车辆过桥引起的桥梁动力响应的时空分布规律。研究结论能够给车桥耦合振动研究及相关研究提供有益的理论指导和数据支持。     

主跨1092m特大跨度斜拉桥动力特性分析

通过建立客车与钢桁主梁斜拉桥的车桥耦合动力分析模型,并根据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了车桥系统的空间振动矩阵方程。计算了列车以不同速度通过该大跨度斜拉桥的空间振动响应,基于合理的列车走行性评价指标,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等动力特性,所得结果可为同类桥梁的相关评价分析提供参考。     

Computer Simulation of Dynamic Interactions Between Vehicle and Long Span Box Girder Bridges

Moving vehicle loads, associated with roadway traffic can induce significant dynamic effects on the structural behaviours of bridges, especially for long-span bridges. The main objective of current research is to study traffic induced dynamic responses of long-span box-girder bridges. The finite element method has been employed in this study to obtain a three-dimensional mathematical model for the bridge system. For vehicle-bridge dynamic interaction analysis, the vehicle is modeled as a more realistic three-axle, six-wheel system, and the corresponding dynamic interaction equations have been derived. The bridge-vehicle interaction is affected by many factors. The current study has been focused on such factors as: vehicle speed, vehicle damping ratio, multiple traffic lanes, mass ratio of vehicle and bridge, and dynamic characteristics of bridge. Case studies have been conducted to investigate these factors by using several box girder bridge examples including Confederation Bridge, the longest box girder bridge in the world.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

重载车辆-简支梁桥耦合振动影响参数分析

文章针对公路桥梁的车桥耦合振动响应问题,提出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动响应数值分析方法。该方法将桥梁与车辆模型均独立建立于ANSYS环境下,其耦合作用关系通过APDL编程语言计算并将其在任意时刻施加于车辆及桥梁结构,最终得到振动的时程响应。通过与相关文献的对比验证,发现该方法正确可行,适用于复杂行驶工况的计算,易于工程人员操作。利用该算法研究了当车辆上桥速度、出桥速度变化时,车辆匀变速行驶通过简支梁桥时的车桥耦合振动响应,以及当桥面出现局部凹陷时,凹陷位置、车辆行驶速度变化时的车桥耦合振动特性。     

基于车桥耦合振动分析的斜拉桥行车舒适性评价分析

基于车辆动力响应的功率谱密度分析,运用自编的车桥耦合振动程序,采用1/3倍频程评价法对过桥车辆的行驶舒适性进行了评价.结果表明,随机桥面不平度是影响斜拉桥行车舒适性的主要因素,应通过有效管理维护使桥面不平度等级维持在"一般"以上;车速对行车舒适性有一定影响,但不明显.所给出的分析步骤和方法可为同类桥梁的相关评价分析提供参考.     

风-车-桥耦合作用下大跨桥梁驾驶模拟实验方法

为了对大跨桥梁上的行车安全进行精细化研究,基于风-车-桥耦合作用理论,计算3种风速下的桥梁振动作用,建立同时考虑侧风作用和振动作用的大跨桥梁驾驶模拟实验场景.将20名驾驶员根据驾驶经验的不同分成两组,开展驾驶模拟实验.研究结果表明:在侧风作用的后期,受到桥梁振动影响的车辆横向偏移和偏航角速度的波动比无振动情况下大.桥梁振动作用会对驾驶员产生积极的警示作用和不利的干扰作用,对经验相对欠缺的驾驶员,侧风和振动共同作用对行车安全更不利.