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。     

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.     

考虑多因素影响的装配式梁桥横向联系疲劳损伤评估

为探讨实际运营条件下各因素对装配式混凝土梁桥横向联系结构疲劳损伤的影响,基于线性Miner累积损伤准则提出了该类桥型横隔梁钢板连接构造的疲劳评估方法和框架.依托工程实例,研究了随机交通的动力冲击效应、运行状态和桥面退化等因素对横向联系疲劳损伤的影响规律.结果表明:相对于按照95%保证率考虑随机车载冲击效应的影响,依照规范给定的冲击系数考虑冲击效应会明显低估构件的实际疲劳寿命;车辆运行状态对疲劳损伤影响显著,其他因素相同情况下,密集运行状态造成的疲劳累积损伤值较一般运行状态时小;桥面退化对横隔梁疲劳损伤影响明显,可造成车辆一般和密集运行状态下的结构疲劳寿命降低60.01%和34.88%.对新桥横向联系设计,建议考虑规范冲击系数和车辆一般运行状态进行疲劳验算;对既有桥梁疲劳评估,建议按实际交通状况考虑随机车辆冲击效应、车流运行状态和桥面退化的影响.     

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.     

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。     

桥面平整度对大跨度悬索桥车桥耦合振动的影响

桥面平整度是影响车桥耦合振动的关键因素之一.基于分离法,以车轮与桥面板接触点为界,将车桥耦合振动系统分为车辆、桥面平整度和桥梁结构3个子体系,并假定桥面平整度是均值为零的平稳高斯随机过程;结合DR-PSD函数建立了很平整、一般平整和粗糙3种桥面平整度模型.结合车桥耦合振动分析程序,以某大跨度悬索桥为对象,研究了3种不同桥面平整度下桥梁结构各部分的动力响应特性.研究结果表明:组成大跨度悬索桥各部分的主塔、加劲梁、主缆和吊索,其各自对应的冲击系数之间存在明显的差异,而同一条件下相同部位的内力与位移冲击系数也有较大的差异;车桥耦合振动过程中桥面出现较大的横向位移,对桥面行车安全构成威胁,内力高频交变的主缆及吊索等关键结构易出现疲劳,对此应给予高度关注.     

考虑桥面不平整度的铺装层动力响应研究

为了研究混凝土桥梁在车辆随机动载作用下,桥面不平整度对铺装层控制应力响应的影响规律,采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型,考虑车轮的随机动载作用,建立车-桥-铺装层耦合振动的实体模型,研究了铺装层不平整度以及车速变化时,铺装层控制应力的变化规律.结果表明:铺装层的应力极值响应相比于跨中节点的应力时程响应,不仅可以反映车辆荷载的随机性,还能够抓住结构最不利响应;同一不平整度下,铺装层内各项控制应力的极值响应曲线峰值的放大系数非常接近;当桥面平顺性一般或较差时,铺装层各项控制应力的极值相比于桥面绝对平顺时增大了1倍多.通过对桥面铺装平整度进行测量和评估,一定程度上可把握铺装各项控制应力的变化情况,能较为直观、方便地实现对铺装层的检测评估.     

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.     

振动对拱桥短吊杆截面应力分布的影响

研究了桥面振动对拱桥短吊杆截面应力不均匀分布规律的影响.假定短吊杆两端与拱肋及桥面均为固结,通过对桥面竖向及纵向振动作用下吊杆截面应力的理论推导及参数分析,探讨车速、车辆振动频率、修正的驱动频率等主要参数对吊杆截面应力的影响,概括出桥面振动荷载作用下吊杆不均匀应力分布情况及应力动态增大系数的范围.     

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.     

现役中承式悬吊桥面系拱桥静动力响应

针对一座现役的三跨(65m+85m+65m)中承式悬吊桥面系拱桥进行静动载试验和数值分析,实测该桥拱肋、桥面、横梁、吊杆在静力荷载下的挠度、应变,分析校验系数,并测试冲击系数、吊杆张力,分析了自振特性.结果表明,静力荷载下,该桥某拱脚处抵御负弯矩刚度较差,而其他各构件的强度及刚度均满足规范要求;动载下吊杆张力测试值与计算值误差在15%以内,强度满足规范要求;实测该桥冲击系数较大,且自振特性分析表明主跨和边跨的竖弯自振频率与扭转自振频率较为接近,边跨可能存在车桥共振;车桥耦合振动特性较差,吊杆尤其是短吊杆的疲劳受力较为不利.     

钢管混凝土系杆拱斜吊杆试设计研究

以钢管混凝土系杆拱桥--郑州黄河公路二桥为背景工程进行斜吊杆试设计.采用有限元分析方法,研究了在不同吊杆布置形式下拱桥结构内力和挠度的变化.分析结果表明,斜吊杆的夹角对桥梁内力影响较大,设计时吊杆夹角的选取是一个重要的问题;采用斜吊杆替代直吊杆,可使拱肋和系梁弯矩减小,桥面挠度减小;在3种斜吊杆布置形式中,以径向吊杆布置的性能最佳.     

钢管砼系杆拱桥模态参数识别及有限元仿真

以宁杭南河特大桥主桥-钢管砼系杆拱桥为背景工程进行成桥的动态试验,利用环境激励下桥面的动力响应数据进行全桥的动力特性参数识别,采用PDV100激光测振仪测得拱桥的吊杆内力.基于ABAQUS建立整幅桥梁的三维有限元模型,结合所识别的桥面模态参数以及测得的吊杆内力,对钢管砼系杆拱桥的有限元模型进行修正.研究结果表明:经修正后的模型能更准确地反映结构的动力特性,可作为桥梁结构健康监测中损伤识别与安全评估研究工作的基准模型.     

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.     

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。     

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.     

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。     

连续刚构体系车桥耦合振动敏感性参数研究

文章针对公路桥梁的车桥耦合振动问题,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。通过与既有文献的对比及实桥试验测试,验证了该方法的正确性。以连续刚构桥梁为背景,结合正交试验理论,通过16个计算工况的分析得到各影响因素对车桥耦合振动响应的敏感性排名。结果表明,冲击系数影响程度排名前3位通常包含车质量、行驶速度以及桥面平整度因素,但对于不同类型的冲击系数研究对象,敏感性参数排名亦存在不同。     

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。     

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．