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.     

基于CFD的风-车-桥系统耦合气动力模拟研究

风-车-桥耦合振动气动力是桥梁设计的必要参数,也是影响车辆安全性的重要指标.文章基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,采用Fluent软件对横风作用下风-车-桥耦合振动气动力进行数值模拟分析.首先建立了城市轨道交通中地上运行部分桥梁及车辆的模型,模拟了在不同风攻角下的桥梁单体、车辆单体及车桥耦合系统的气动力系数,分析结果表明在不同的风攻角情况下,车辆、桥梁以及车桥系统的气动力系数会随着风攻角的改变而改变.同时,由于车辆和桥梁间的相互作用,车辆和桥梁的气动力较之两者单体均有所增大.因此,桥梁设计时要考虑两者之间的相互影响.     

考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

连续曲线梁桥在多车荷载作用下的动力响应

以某一匝道公路连续曲线箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动响应及冲击系数.考虑桥梁阻尼比和桥面平整度的影响,采用通用软件ANSYS模拟桥梁,车辆简化为16自由度模型,采用模态综合法编制了公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,研究了多车荷载作用下连续曲线箱梁桥的动力响应.研究表明:主梁竖向挠度冲击系数受横向加载车辆数量的影响较小,跨中截面外腹板动力响应最大,建议采用外腹板处冲击系数进行设计.当纵向车辆间距一定,车速低于22 m·s~(-1)时,冲击系数在单车工况下最大,且随着纵向加载车辆数量的增多而显著减小;当车速超过22 m·s~(-1)时,纵向两车和三车工况下,主梁冲击系数有围绕单车工况下冲击系数曲线上下波动的趋势.纵向车辆间距对设计时选取的冲击系数影响较小.     

移动车载作用下多跨梁振动的模态空间控制

采用有限元法,利用车-桥单元建立了N个车辆作用下车-桥耦合系统的受控运动微分方程.采用独立模态空间控制法,通过独立控制少数模态实现了对移动车载作用下多跨梁振动的主动控制.对一列车-三跨桥梁系统计算了控制前后桥梁振动的位移动力放大系数和弯矩动力放大系数,计算结果表明独立模态空间控制能够较有效地抑制多跨梁结构的车致振动.     

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样，结构轻柔，动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响，基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型，并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景，对随机车流进行模拟，考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用，建立车辆-桥梁动力平衡微分方程，验证车桥耦合振动模型，计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素；控制行车间距有利于控制桥梁位移；行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

公路连续梁桥在横向多车作用下的振动响应研究

为研究横向多车作用下连续梁桥的振动响应,通过ANSYS建立公路连续箱梁桥的三维实体有限元模型,采用三维整车模型模拟三轴自卸汽车,引入路面不平顺的激励作用,建立多车车桥耦合振动方程.采用自编Matlab程序对横向并排两车、纵向前后两车及单车工况下桥梁的振动响应进行对比研究.结果表明:横向两车工况下的冲击系数与单车工况下的冲击系数接近,且为单车工况结果的0.4～1.3倍;纵向两车工况下的冲击系数绕单车工况下的冲击系数上下波动,且为单车工况结果的0.037～43.887倍.多车工况下的桥梁振动响应与车速、桥跨、车辆间距、路面等级等多种因素有关.     

车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析

现有车-桥耦合振动分析中车辆模型不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.为了进一步研究充气轮胎胎压对车-桥耦合振动的影响,基于LS-DYNA程序,采用线弹性橡胶材料模拟轮胎并定义轮胎内气压,结合常用重载三轴汽车的结构参数,运用弹簧阻尼单元及梁、壳单元模拟车辆悬架系统的动力特性,建立可分析车轮气压的三维车辆模型;并基于实桥试验结果及响应面法得到高精度有限元桥梁模型;通过显式求解程序LS-DYNA内置的接触算法,将车辆子系统和桥梁子系统联立耦合起来,形成显式的车-桥耦合振动分析模型.计算结果与实测结果对比分析验证了该方法的正确性,并分析了轮胎胎压对桥梁振动的影响.     

风-车-桥耦合系统的车桥气动特性

采用数值模拟方法对风-车-桥耦合系统的车桥气动特性进行分析研究,模拟计算了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数。分析了车桥间相互的气动影响．研究结果表明．车桥耦合系统与桥梁和车辆各自单体相比较,气动力系数差异较大,故建议进行风-车-桥系统耦合振动分析时,车桥气动力系数应考虑车桥间的气动影响．     

风与车流联合作用下在役桥行车舒适性研究

现有基于风-汽车-桥梁耦合振动的行车舒适性研究中,较少考虑了车流随机性和路面等级退化因素,致使分析成果具有一定局限性.本文综合考虑了车流随机性和路面等级退化等因素,运用一种新的车辆和路面等级退化模型分析大跨度桥梁的振动及行车舒适性.建立一个包含座椅及车辆纵向振动的24自由度空间车辆模型;基于考虑邻近车辆影响的改进CA(Cellular Automation-元胞自动基)模型和路面退化模型,通过桥梁和车辆相互作用力关系,建立了风-车流-桥梁系统的耦合振动方程.数值计算表明:本文所提出的方法能够合理地模拟风-车流-桥梁系统的耦合振动,且驾驶员座椅模型的各向振动对行车舒适性有显著影响.     

考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束的车辆荷载效应研究

通过对某市货车驾驶员进行问卷调查,研究了桥梁限重标志对货车驾驶员驾驶行为的约束作用规律;基于实测随机车流的统计分布规律,利用蒙特卡洛法编写了考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束作用的随机车流模拟程序.以55t桥梁限重值为例,根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》的荷载效应分析方法,计算了简支梁桥在模拟随机车流荷载作用下的跨中弯矩和支座剪力.对日均交通量、条件约束水平和桥梁跨径进行了参数分析,并将随机车流荷载作用下的荷载效应与中国现行桥梁设计规范中对应的汽车荷载效应标准值做了比较.研究结果表明:1)只有当超重货车驾驶员均严格遵守桥梁限重规定时,桥梁限重标志才能有效地控制车辆荷载效应,从而保障桥梁的安全可靠性;2)中国现行桥梁设计规范的设计荷载可能低估了某些路段实际车流的荷载,且在小跨径桥梁上尤为突出,应当引起重视.     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大；随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

基于随机有限元法的非机动车钢桥摩擦型高强螺栓可靠性分析

摩擦型高强螺栓连接是实现全拆装非机动车钢结构桥梁快速装配化建设的重要构件之一。为研究非机动车钢结构桥梁高强螺栓连接的可靠性能,首先采用有限元方法建立高强螺栓数值模型,并对模拟方法进行了准确性分析。在此基础上,利用响应面随机有限元法研究了随机变量对高强螺栓结构性能响应的影响,通过随机车流程序计算了非机动车桥梁荷载效应,最后利用可靠度设计方法研究了钢板梁高强螺栓的抗力分项系数。结果表明随机变量变异性对高强螺栓不同目标性能有不同程度影响;非机动车荷载作用下的钢桥高强螺栓设计承载力要稍高于现行规范理论公式计算值。     

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.     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.     

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。