车辆参数对车-桥耦合系统变截面连续梁桥损伤识别的影响

文章研究车-桥耦合系统的非线性振动特性,采用有限分段思想,建立1/4车辆模型和变截面连续梁桥的车-桥耦合振动方程,在MATLAB环境下编制基于Runge-Kutta算法的车-桥耦合振动数值分析程序,得到桥梁跨中位移响应;以某三跨混凝土连续梁桥为算例,分析车桥质量比、车辆速度、车辆弹簧刚度、信噪比4组参数的变化对变截面连续梁桥损伤识别的影响。结果发现：车桥质量比和信噪比较大时,桥梁损伤识别效果较好;较低的行车速度有利于桥梁的损伤识别研究;车辆弹簧刚度的影响非常小,可忽略不计。     

考虑结构性能退化的钢-混组合梁桥疲劳寿命研究

文章对随机车流荷载作用下的钢-混组合梁桥进行疲劳寿命分析,并考虑结构性能退化对钢-混组合梁桥疲劳寿命的影响;以某钢-混组合梁桥为例,建立该桥的有限元模型;利用车辆动态称重系统采集实际交通量数据,对实际交通流分布特征进行统计分析,并通过Monte-Carlo算法生成钢-混组合梁桥随机车流模型;引入裂缝密度概念来反映桥梁混凝土板的刚度折减情况,根据桥梁现场实际检测情况,对钢-混组合梁桥混凝土板进行裂缝密度统计,在此基础上考虑混凝土板不同开裂程度,对钢-混组合梁桥疲劳寿命进行预测。当钢-混组合梁桥混凝土板开裂程度为轻微、一般、较严重时,混凝土板刚度分别退化10.62%、16.52%、34.22%,组合梁桥的疲劳寿命分别降低16.66%、37.31%、56.61%。混凝土板裂缝扩展引起的结构刚度退化对钢-混组合梁桥疲劳性能影响显著。     

新型柱板式高墩大跨度刚构桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路线纵目沟特大桥为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM动力学分析软件联合进行仿真分析.探讨桥梁结构刚度、行车速度、轨道不平顺以及货车编组情况等因素对新型柱板式高墩大跨度刚构桥梁车-桥耦合系统的影响.研究表明:桥梁横向刚度的减小对车-桥耦合系统的横向振动影响比较明显,对其竖向振动影响较小;桥梁竖向刚度的改变对车-桥耦合系统的竖向振动影响较为显著,对其横向振动影响较小;轨道不平顺的增加将导致车-桥耦合系统振动明显加剧;空载货车的横向稳定性较重载货车的弱,易发生脱轨事故.     

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．     

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.     

基于大范围空间转动的车-桥耦合振动分析

针对偶然外部强激励引起桥梁结构不同支撑发生相对运动时的车-桥耦合振动响应问题,首先利用点接触车-桥耦合动力学模型,建立了非惯性参考视角下的三维车-桥系统的耦合动力学控制方程;然后利用分离变量法对车-桥耦合动力学控制方程进行了分析;并以单跨简支梁为例探讨了梁体转速对车-桥耦合系统动力响应的影响。研究结果表明,偶然外部强激励(如地震)引起桥梁结构发生相对水平转动,由于转动角速度与桥梁结构位移、速度相互耦合,转动角速度的大小对桥梁结构振动响应具有重要影响;对此时的车-桥耦合动力系统采用非惯性参考视角下的模型进行分析,能更全面地反应实际情况,得到更准确的分析结果。     

碰撞调谐质量阻尼器对门式刚架振动控制的实验研究

针对调谐质量阻尼器(TMD)所需空间行程较大,对频率较为敏感的等等缺陷,碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)将碰撞耗能与传统的TMD相结合以增大减振效果。在已有的研究中,PTMD展现了比TMD更好的控制效果。本文根据一门式框架和单边PTMD的理论设计制作了一个用于减振的PTMD装置,并将装置安装于门式框架结构进行了减振试验。试验结果验证了PTMD在自由振动和受迫振动下都可以对结构响应进行有效控制,控制效果相对稳定,最大位移的减振率达到82.3%。     

考虑车辆过缝的车-桥耦合振动分析方法

为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响,通过分析车轮过缝过程,提出了车辆过缝等效力、等效位移模型.利用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型,并基于Matlab平台编制了车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析程序及其数值求解方法.以某简支转连续梁桥为例,通过现场实测对考虑车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析方法进行验证.结果表明,利用所提方法计算的伸缩缝和主梁的加速度和位移响应峰值与实测值的误差均在7%以内,说明该方法能够较为准确地考虑车辆过缝对车-桥耦合动力响应的影响.     

基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

基于车-桥耦合振动理论的连续梁桥影响因素分析

通过研究车辆模型及桥梁模型,基于接触点位移协调条件,建立车-桥系统耦合振动运动方程组。用有限元软件MIDAS/CIVIL分析不同影响因素下桥梁的动力特性,揭示桥梁跨中竖向位移、弯矩冲击系数、竖向加速度等指标的变化规律。根据有限元分析结果,编译车-桥耦合振动系统影响因素分析程序,研究各因素对桥梁动力特性的影响。研究结果表明:车辆速度、行车数和桥面不平整度都对桥梁的动力特性有一定程度的影响;车辆速度对跨中竖向位移的影响最大,桥面不平度对跨中竖向加速度的影响最大,跨中弯矩冲击系数受车辆速度的影响最大。最后通过正交试验验证该程序分析结果的可靠性。     

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.     

双工字钢-混组合连续弯梁桥有效宽度

由于中外现行设计规范缺乏针对钢-混组合连续弯梁桥桥面板有效宽度的规定,以小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥为研究背景,首先对比分析了中外典型规范对钢-混组合连续直梁桥有效宽度的计算结果,然后基于数值模拟,分析研究了小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥的剪力滞效应和有效宽度,探讨了曲率半径和布载方式的影响规律,最后考虑内、外侧主梁对应的桥面板剪力滞差异,提出了有效宽度的简化计算方法。研究结果表明:桥面板横断面正应力分布受弯扭耦合效应的影响较大,导致内、外侧主梁对应的桥面板正应力分布失去对称性,曲率半径越小,这种不对称性也越大,而车道外偏布置也会导致这种不对称性变大,工程设计计算中宜分别计算内、外侧主梁所对应的桥面板有效宽度;本文所提的简化计算方法能较好地包络有限元分析结果,且计算结果偏保守,可为同类桥梁的设计计算提供参考。     

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.     

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.     

钢梁腐蚀相关性对钢-混组合梁桥体系可靠度的影响

服役环境中钢主梁的腐蚀本质上是一个随机过程,腐蚀深度随机变量既有时变性亦有空间性。现有测量方法只能获得单根钢梁腐蚀深度数据,尚不能明确结构体系腐蚀深度变量的联合分布模式,可能导致腐蚀结构体系可靠度计算模型失真。本文以某钢-混凝土组合梁桥为研究对象,首先建立了钢主梁腐蚀深度增长Gamma随机过程模型,并利用钢梁腐蚀深度实测数据对模型进行了验证;然后采用Kendall秩相关系数量化表征主梁腐蚀深度相关性,推导了腐蚀钢梁的时变抗力计算公式;最后基于Copula函数提出了考虑主梁腐蚀相关性的梁桥体系失效概率计算方法,对比研究了钢梁腐蚀相关性对钢-混组合简支梁桥体系可靠度的影响。研究结果表明：桥梁运营前期腐蚀相关性对梁桥受力性能影响较小,在运营中后期,中高程度的腐蚀相关性将会对梁桥体系的可靠度影响较大。研究提出了钢梁腐蚀空间相关性量化方法,获得了更精确的钢-混组合梁桥体系可靠度计算方法,可为组合梁桥体系的时变可靠度评定提供参考。     

基于试验测试的公路车-桥竖向振动相互影响分析

耦合的处理是桥梁在汽车荷载作用下动反应计算的一个难点。为了便于工程应用,需要对耦合作用作简化处理。基于实测振动曲线,分析了移动车辆对桥面竖向振动的贡献,以及桥面振动对移动车辆和静止车辆竖向振动的贡献。分析发现:车辆振动对桥梁竖向振动影响显著,但车辆的移动大大弱化了桥梁振动对车辆振动的影响,桥梁振动对移动车辆竖向振动影响很小可忽略不计。实测分析结果为车-桥耦合作用的简化处理提供了途径和依据。     

风攻角对强风下大跨度斜拉桥车-桥耦合振动的影响

为研究风攻角对强风作用下大跨度斜拉桥车-桥系统耦合振动的影响,通过风洞试验得到不同风攻角条件下桥梁主梁和桥上不同位置处列车的三分力系数;在此基础上,依据弹性系统动力学总势能不变值原理,进一步建立风-车-桥耦合系统振动方程,求解方程并就风攻角对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明:风攻角对桥梁和列车的气动三分力系数影响较大;桥梁跨中处的横向振动位移在攻角为-12°时有最大值,竖向振动位移在攻角为-6°时有最大值,极大值均未在攻角为0°时出现;风攻角对车辆动力响应的影响较大,但各项动力响应受风攻角影响而出现变化的趋势并不相同;列车的脱轨系数、轮重减载率和横向力在负向攻角时比正向攻角时的大,且随负向攻角绝对值的增大有增大趋势。     

多种垂向轮轨关系的对比及改进的车-线-桥系统迭代模型的建立

对比分析非线性赫兹接触、线性赫兹接触、刚性接触这3种轮轨接触模型对车-线-桥垂向耦合系统动力分析结果的影响,并建立改进的车-线-桥耦合系统迭代计算模型。车辆模型采用多体系统动力学建立,轨道-桥梁模型采用有限元方法建立,根据不同的轮轨接触模型,建立相应的轮轨力计算公式,并采用分离迭代法计算耦合系统振动响应。在数值算例中,以高速列车通过5跨简支梁桥为计算背景,对不同轮轨接触模型的仿真计算结果进行对比分析。针对传统车-线-桥耦合系统迭代计算模型计算效率低的问题,建立改进的迭代计算模型。研究结果表明:线性赫兹接触模型与非线性赫兹接触模型得到的车体加速度、轮轨力、钢轨和桥梁的位移和加速度均较吻合,但前者的计算效率较低;忽略轮对惯性力的刚性接触模型无法得到准确的钢轨和桥梁加速度;改进模型通过建立包含轮轨接触弹簧的车辆模型来提高车辆子系统的迭代稳定性,其计算效率比传统模型提高近7倍;为保证计算结果的准确性,车-线-桥耦合振动计算中应考虑时间步内的迭代计算。     

支座扰动作用下的分数阶车-桥系统隔振特性分析

将实际工程中车辆在桥面运动的隔振作用简化为单自由度车-桥系统隔振体系,建立了分数导数阶车-桥隔振模型的运动平衡方程.不考虑桥梁蠕变所产生激励响应,利用三角函数计算车-桥模型在分数导数下的运动平衡方程.在此基础上得到了车辆的运动放大系数和传导比,分析了各参数的影响.讨论了实际应用中无阻尼条件下、任意隔振效率下的隔振静位移.     

波形钢腹板-钢管混凝土组合梁桥的试验与有限元分析

波形钢腹板钢管混凝土组合梁桥结构新颖,在实际桥梁结构中所用甚少.通过对侨英人行天桥进行荷载试验及有限元计算,结果表明,该桥的承载能力和动力性能均满足规范要求,有限元计算值与试验实测值吻合良好.同时,利用建立的有限元模型对主梁的受力性能进行了分析,分析发现,波形钢腹板-钢管混凝土组合梁的弯曲变形符合"拟平截面假定",而波形钢腹板对主梁的抗弯作用可忽略不计.