YZ22型车辆与铁路T型简支梁桥的风荷载研究

采用数值模拟技术,分别计算了横风中不同来流攻角下YZ22型车辆单体、铁路16m预应力T形简支梁桥单体、YZ22型车辆和铁路16m预应力T型简支梁桥组合体的阻力系数和升力系数。研究表明,当YZ22型车辆通过铁路16mT形简支梁桥时,YZ22型车辆和T形简支梁桥所受风荷载均比各自单独存在时明显增大,认为在桥梁设计时,应考虑车辆过桥对桥梁风荷载的影响。     

单、双层客车车辆在铁路桥梁上的横向气动力特性

基于二维不可压缩流假设,采用k-ε湍流模型,对横向风中不同来流攻角作用下的YZ22型车辆单体和双层客车车辆单体,以及前者在16m,后者在24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上的多种工况模型绕流进行了数值模拟,分别得到YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上气动三分力系数.研究结果表明在横向风作用下,YZ22型车辆和双层客车车辆的气动三分力系数与各自单独存在时的相比明显增大;计算YZ22型车辆和双层客车车辆在16m和24m预应力混凝土"T”形简支梁桥上所受的横向风荷载时,应重视铁路桥梁对其运行的影响;YZ22型车辆的横向气动稳定性优于双层客车车辆.     

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.     

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.     

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.     

预应力钢桁架加固简支梁桥方案研究

为了验证预应力钢桁架加固桥梁这种全新加固方法的可行性,先通过力学公式对加固原理解释推导,并用有限元分析软件Ansys建模进行计算验证;再以一8m长的简支梁桥为例进行分析,设置一系列均布荷载和集中荷载梯度值,通过对比预应力钢桁架加固前后梁内的弯矩和最大挠度值的变化情况,探究其加固效果.分析结果表明,通过合理地布置预应力钢桁架对简支梁桥进行加固,能有效地改善简支梁梁内的弯矩受力,减少梁的最大挠度值.     

梁桥在特种车辆荷载下结构安全评估

以某跨庞184.9 m的预应力混凝土分体箱梁桥为研究背景,在特种车辆荷载的作用下主要对现有桥梁结构安全弼进行评估分析.结合工程实践,采用有限元软件Midas/civil 2018,分析了特种车辆荷载通行时,对桥梁承载力的廥响.选择桥梁结构中主要的力学参数:正截面承载力、斜截面承载力、变廝和应力进行了系列验算.研究结果表明,控制弼截面的各种承载力可以满足特种车辆荷载通行要求,变廝和应力符合要求.     

强横风下青藏线客车在不同高度桥梁上的气动性能分析

采用数值模拟方法,在模拟自然风和均匀风风速分别为30m/s的情况下,研究不同高度桥梁上列车受到的横向力和侧滚力矩,导出了桥梁上车辆的横向力系数和侧滚力矩系数的表达式。计算结果表明:桥高为30m时,采用模拟自然风计算得到的横向力和临界倾覆点处侧滚力矩比采用均匀风得到的计算结果分别大约58%和63%,且桥梁越高,计算结果差别越大;车体周围的流场与速度矢量分布方式相似,但采用模拟自然风时,车体的表面压力最大值和车体周围的速度最大值分别为1.14kPa和67.6m/s,远大于采用均匀风时的最大值0.82kPa和58.8m/s;车辆受到的横向力、侧滚力矩基本上与车辆形心处的风速的平方成正比;车辆的横向力系数和侧滚力矩系数均与桥梁的高度呈指数关系,当量横向力系数为0.974,当量车体重心处的侧滚力矩系数为0.082,当量临界倾覆点处侧滚力矩系数为0.592。     

蜂窝形缓冲装置在30m简支桥中的设置

针对JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》中对桥梁设置弹性垫块以达到地震时缓和冲击和限制梁位移的建议,对30 m简支梁桥中的缓冲装置进行了定性定量的研究.首先,通过模型计算,确定了在不同场地类型和不同地震烈度区的条件下,30 m简支梁桥中弹性垫块的合理刚度取值范围.计算结果表明:垫块刚度为主梁刚度的γ倍(0.01≤γ≤0.50)时,对各区桥梁均能达到理想的抗震保护效果;以计算结果为基础,采用常用工业橡胶材料,设计了一款蜂窝形缓冲装置,并通过往复压缩试验得到其力学性能;对不同场地类型和不同地震烈度区的30 m简支梁桥设置蜂窝形缓冲装置的合理个数提出了建议;通过计算,验证了蜂窝形缓冲装置抗震效果的有效性.     

桥梁顺风向等效风荷载计算方法及其分布

桥梁等效风荷载一般被分为平均风荷载、等效背景风荷载和惯性风荷载 3部分 ,分别计算后再按一定的方式将其组合为总的等效风荷载 .对于惯性风荷载 ,一般可根据结构随机振动理论采用模态分解的方法计算得到各阶振型对应的惯性力 ,然后采用完全平方组合 (CQC)法或平方和开方 (SRSS)法将它们组合起来成为总的惯性风荷载 .对于背景风荷载 ,目前主要有荷载响应相关 (LRC)法和经典的模态分解法 .前者得到的背景荷载的分布形式与风压和结构响应的影响函数有关 ,而后者得到的分布形式则与惯性荷载相似 ,两者得到的结果可能并不相同 .这里主要研究LRC法和模态分解法 2种桥梁等效风荷载的计算方法 ,对 2种方法的区别和联系进行讨论 ,并给出风荷载 3个部分的组合方式 ,最后还给出了数值算例 ,进一步对不同计算方法和组合方式进行比较     

基于混合遗传算法的高速公路桥梁风屏障参数优化

为了优化高速公路桥梁风屏障参数,研究了风屏障参数对于车桥系统气动特性的影响.通过风洞试验考虑不同高度和透风率的风屏障,分别获取桥梁和车辆的气动力系数,进而得到桥梁在静风稳定性检验风速下的侧向位移和车辆在设计车速行驶下的失稳临界风速.采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),以桥梁侧向位移与车辆临界风速为优化目标,将风屏障高度和透风率作为变量,得到相应的Pareto最优解集.利用数据包络法(DEA)对Pareto解集中个体的相对效率值进行评估,最终得到最优风屏障参数.结果 表明:透风率为30％、高度为3.2 m的风屏障对于桥梁和车辆的综合抗风效果最佳.     

路桥过渡段容许台阶高度的确定

为确定路桥过渡段的容许台阶高度,对车辆通过路桥过渡段时的整车舒适度和车桥安全性进行了研究.以平均加权加速度均方根值作为整车舒适度指标,以车轮动力荷载最小值作为车辆安全性指标,以局部冲击系数作为桥梁安全性指标,提出了一种基于整车舒适度和车桥安全性的容许台阶高度确定方法.分析了车速和台阶高度等因素对整车舒适度和局部冲击系数的影响.结果表明:对高速公路和一级公路,整车舒适度对容许台阶高度的要求更为严格,其次是车辆安全性.对二级公路,容许台阶高度各控制指标的严格程度由高到低依次为:整车舒适度、桥梁安全性和车辆安全性.对二级以下公路,其严格程度由高到低依次为:桥梁安全性、整车舒适度和车辆安全性.该方法从车辆舒适度、车辆安全性及桥梁安全性对台阶高度提出了更合理的控制标准.     

考虑行车舒适性简支梁桥允许上拱度分析

选用考虑车辆质量和悬架刚度的车桥耦合振动模型,用复模态分析法求解桥梁上拱度对于车辆振动的影响,并根据车辆行驶舒适度评价方法,分析了考虑行车舒适性时简支梁跨度分别为10、13、16、20m。在车速为80、100、120、140、160km／h时的允许上拱度值．     

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.     

城市高架轨道多层隔振系统影响参数匹配

以轨道交通30m双线混凝土简支箱梁桥为研究对象,考虑扣件-轨道板支承-桥梁支座多层隔振系统内部耦合机理,建立车-轨-桥有限元模型(FEM).通过现场试验数据验证模型有效性.利用该模型展开多工况计算分析,研究各层隔振元件刚度的改变对车体、轨道结构、桥梁结构振动响应特性和综合隔振效果的影响规律,获取参数匹配原则.结果表明:高架轨道各层隔振元件宜采用匹配设计,可在改善沿线环境隔振效果的同时,兼顾车-轨-桥各层子系统动力响应特性.     

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.     

大跨度公路斜拉桥车桥耦合振动竖向响应分析

在数值分析软件MATLAB平台上,运用三角级数法将桥面不平顺模拟为具有各态历经的平稳随机过程．根据有限元法建立大跨度斜拉桥分析模型,将车辆模拟为5个自由度的质量一弹簧一阻尼体系,分别建立车辆和桥梁结构的振动微分方程,通过位移协调和力的平衡条件形成车桥系统的耦合振动微分方程．采用Newmark—β法,利用有限元分析软件ANSYS编写了迭代计算的APDL命令流,进行主跨为550m的福建长门大跨度公路斜拉桥的车桥耦合振动分析．计算结果表明：桥梁结构动力响应随桥面状况的恶化而显著增大,随结构阻尼的增大而近似呈线性关系减小．随车重的增加而先增大后减小,在开始阶段,响应迅速增大,而后缓慢减小．     

车桥耦合系统动力分析的模态综合技术

当高速重载车辆或者装载贵重和精密仪器的车辆过桥时 ,必须对车也进行动力分析 ,以保证车、桥以及车内物品的安全。为此对车和桥均进行有限元离散 ,建立耦合系统模型 ,在求得桥的响应的同时 ,得到车上关键点的位移。移动质量和移动阻尼使整体系统矩阵不对称且具有时变性 ,引入模态综合技术有效降低耦合系统自由度 ,减小计算量。算例显示某些情形下耦合系统响应分析中车的动力放大效应比桥更显著。对运载重要设备的车辆来说 ,车载装置的安全与桥的安全具有同样重要的意义 ,都应该加以研究。