桥面维修后行车规律性颠簸原因分析

桥面不平顺不仅会影响桥梁结构的使用性能,而且还会影响行车舒适性。利用某高架桥现场实测数据,分析了桥面不平顺对车辆振动影响和行车舒适度的影响。     

车桥耦合振动的非平稳桥面激励的模拟

目的推导非平稳桥面激励的瞬时功率谱表达式,研究一维单变量非平稳桥面激励的生成方法,并分析非平稳桥面激励对车桥耦合振动系统的影响.方法基于经典Wigner谱理论,采用频谱表示法生成一维单变量非平稳桥面激励随机过程,并用改进Littlewood-Paley小波验证非平稳桥面激励数值模拟结果的有效性.结果车辆变速行驶所引起的桥面不平顺激励非平稳特征明显,其数值模拟结果的时变功率谱与理论功率谱吻合较好,充分说明了文中非平稳桥面激励生成方法的有效性和实用性.结论车辆行驶速度对桥面不平顺激励的幅值影响较大,匀速行驶的桥面激励幅值上下波动幅度大小接近,而减速行驶的桥面激励幅值变小,加速行驶的桥面激励幅值变大.非平稳桥面激励的车辆和桥梁振动响应大于平稳激励;相同的初始速度,车辆和桥梁的振动响应不随车辆加速度的提高而增大;相同的加速度,车辆振动响应随初始速度的提高有较大的波动,桥梁振动响应随初始速度的提高而增大;为保证桥梁运营安全和车辆乘坐的舒适性,应避免在桥上加速行车,特别是较大跨度的桥梁,其跨径越大,非平稳激励的车辆和桥梁振动响应就越大.     

焊缝不平顺对车辆-无砟轨道-路基系统振动特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,应用有限元方法建立车辆-CRTSIII型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,对高速车辆通过钢轨焊缝不平顺的动力学响应进行了仿真分析,并对比了不同形式钢轨焊缝不平顺对系统的影响。有限元计算结果表明:高速行车条件下,钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化,引起轮轨力响应增大,对与不平顺直接接触的轮对和钢轨振动产生较大影响,对行车舒适性影响有限。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同,凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近,凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后,对轮对和轨道结构振动加速度影响明显,轨道结构应力增大,受力状态恶化。在高速铁路日常运营维护中,应重视钢轨叠加焊缝不平顺引起的冲击振动作用。     

大跨度悬索桥冲击系数影响因素研究

考虑移动车辆荷载对桥梁结构的冲击力是公路桥梁结构设计的重要内容之一.为研究大跨度公路悬索桥各构件冲击作用的影响因素及其敏感性,以官厅水库特大桥主桥为依托进行分析.基于车桥耦合振动原理,采用三轴11自由度车辆模型,分析了车速、桥面不平顺度、车重及横向加载位置对桥梁各构件冲击系数的影响.分析成果表明,桥面不平顺度对桥梁各构件冲击系数有显著影响;车速对冲击系数的影响主要与桥梁各构件的卓越振动频率有关,车速增大并不一定导致冲击系数增大;车重持续增加使冲击系数减小且减幅逐渐降低;横向加载位置的不同对各纵梁横桥向挠度冲击系数的影响有明显区别,随着汽车加载位置的靠近,各纵梁的挠度冲击系数逐渐减小;影响因素的敏感性排序为:桥面不平顺度车速横向加载位置车重.     

基于空间桥面不平顺的简支梁桥冲击系数研究

为研究空间桥面不平顺对桥梁冲击系数的影响,文章采用功率谱密度函数模拟桥面不平整度,以简支梁桥为研究对象,基于手机加速度采集客户端进行车辆行驶轨迹随机条件下的桥面不平整度测试,构建空间桥面不平整度模型;在此基础上模拟车辆的随机行驶轨迹,得到不同行驶速度下500组桥梁动态响应,分析了桥梁冲击系数在车辆随机行驶轨迹下的概率分...     

重车各轮相干桥面激励的桥梁随机振动

为了研究重车各轮相干桥面不平顺激励对桥梁振动响应的影响,首先根据车辆左右轮的相干函数关系和前后轮的时间滞后关系,推导重车各轮桥面激励输入的功率谱矩阵,建立多轮多点桥面不平顺激励的频域模型.然后,以1辆四轴重车为研究对象,基于虚拟激励法分析重车各轮相干桥面激励对1座连续T梁桥振动响应的影响.研究结果表明:重车各轮相干增大...     

公路简支梁桥在车辆荷载作用下的动力响应分析

把车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别应用d’Alembert原理和有限元法建立它们的振动微分方程,通过两个子系统之间的位移协调条件和相互作用力相等的原则将车辆和桥梁的振动微分方程耦合起来.利用有限元软件ansys的二次开发APDL语言编写了求解车桥耦合系统振动微分方程的命令流,以路面随机不平顺为激振源,进行了车桥耦合系统动力响应的计算,研究了路面不平顺及车辆参数对桥梁动力响应的影响.计算结果表明,路面等级、车速、车辆悬架刚度、车辆悬架阻尼对桥梁结构动力响应的影响明显;车重、轮胎阻尼、轮胎刚度的影响次之.     

基于桥面不平度的车辆动载对铺装层应力的影响研究

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;当桥面平顺性一般及较差时,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,可一定程度上把握铺装各项控制应力的变化情况,可较为直观和方便的实现对铺装层的检测评估。     

轨道不平顺短波分量对列车-简支梁桥耦合振动的影响

轨道不平顺作为车-桥耦合振动的主要激励源,直接影响桥梁及高速列车运行的安全性和舒适性.为研究轨道不平顺中短波分量对列车-简支梁桥耦合系统动力响应的影响规律,以高速铁路32m简支箱梁为例,采用德国高速低干扰轨道不平顺谱生成轨道不平顺样本,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力学分析模型.对比分析了5种不同最短截止波长的轨道不平顺样本对耦合系统振动响应的影响规律.研究结果表明:轨道不平顺样本中1m左右的短波长分量会显著增加轮轨力、轮重减载率、脱轨系数和桥梁跨中加速度,但对桥梁跨中位移、轮轨偏移量和车辆振动加速度的影响较小;1~2m的短波长成分是引起轮重减载率超标的主要因素,减少轨道不平顺中1~2m的短波长分量可以有效提高列车行车安全性指标.     

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.     

公路桥车-桥耦合相互作用系统模型分析

考虑桥面不平顺的随机激励及阻尼作用,把桥梁和车辆视为一个相互作用系统,利用达朗贝尔原理和欧拉一伯努利梁假设,对不同公路桥车桥耦合相互作用模型的动力特性进行分析．较真实的反映了桥梁结构在车辆荷栽作用下的动态受力和变形本质,对桥梁的动力设计、振动控制以及动力性能评估有一定的实际意义．     

桥墩型式对大跨公路连续刚构桥车桥耦合振动响应的影响

目的 以广东省某一高等级公路大桥为研究对象,分析桥墩型式对车桥耦合动力响应的影响,探究桥梁具有较小动力响应的桥墩型式.方法 将三轴汽车简化为空间三维弹簧-质量-阻尼体系,建立桥梁的有限元模型,基于模态综合法和Newmark-β算法求解桥梁的振动响应,考虑桥面不平顺、车辆匀速行驶及加速行驶、横桥向车辆数量对桥梁中跨跨中和...     

提速线路轨道不平顺波长的动力仿真

基于耦合动力学理论,利用有限元方法建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,输入不同截止波长的不平顺数据进行动力仿真计算,以确定轨道不平顺管理波长范围.高低不平顺主要影响车体的沉浮和点头运动,引起车体垂向加速度增大;轨向不平顺主要影响车体的侧滚和摇头,引起车体横向振动加速度增大.长波不平顺的影响主要体现在车体振动上,因此本文选定车体加速度作为确定不利波长的判定指标,对提速线路200km/h和250km/h速度下轨道不平顺波长管理的范围进行了探讨,并提出了提速线路轨道不平顺波长管理的建议.     

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.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

考虑路面不平顺的车桥耦合振动分析方法

将路面不平顺视为一对车桥耦合系统内部作用力,提出了基于整体法考虑路面不平顺的车桥耦合振动分析方法,同时给出了基于整体法的路面不平顺施加方法。模拟空间车辆模型,利用ANSYS软件编制了基于整体法考虑路面不平顺的ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)命令流。结合空间双轴车辆在简支板桥上行驶的案例,对比直接刚度法、振型叠加法和所提方法计算得到的跨中位移时程曲线趋势相同且数值相近,验证了方法的可行性与准确性。借助ANSYS后处理,提取了跨中等效应力和轮轨接触力,研究了在不同等级路面和不同通行速度的情况下,桥面跨中等效应力和轮桥接触力的变化情况。该方法既能够考虑路面不平顺,又可以便捷地提取位移、应力和应变等数据开展结构动力响应分析。     

基于频域分析方法的轨道高低不平顺敏感波长的研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据车辆-轨道垂向耦合系统的振动传递特性,计算轨道高低不平顺敏感波长的精确值,研究轨道高低不平顺敏感波长的分布特征以及车辆运行速度对敏感波长的影响规律。研究结果表明:基于车辆-轨道垂向耦合系统的振动传递特性,可以得出轨道高低不平顺敏感波长的精确值;轨道高低不平顺敏感波长可以分为2个部分,其中,一部分为波长大于5 m的中、长波段,该波段中敏感波长分布较离散,另一部分为波长小于5 m的短波段,该波段中敏感波长分布较密集;车辆运行速度对敏感频率及敏感波长有较大的影响,随车速的增大敏感频率出现"频移现象",具体表现为敏感频率随车速的增大而增大;但是敏感波长并不是随车速的增大而单调递增的,而是由敏感频率的"频移"速率与车速增大速率的比值决定的。     

钢轨轧制不平顺对车岔耦合系统垂向动力特性的影响

为分析某18号高速道岔轨道不平顺的产生原因,使用快速傅里叶变换的方法分析其频率分布,道岔转辙器区与辙叉区的钢轨不平顺是钢轨轧制过程中控制精度不足造成的,其主频波长为0.8 m的倍数。基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,研究钢轨轧制不平顺对道岔区垂向轮轨力和轮重减载率的影响,并分析不同车辆通过速度条件下最大轮重减载率的变化规律。研究结果表明:车辆以350 km/h的速度通过道岔时,垂向轮轨力变化较为剧烈,其一阶主频为50.51 Hz,与全线轨道不平顺的一阶主频51.27 Hz基本相同,辙叉区最大轮重减载率超过0.8的限值,且持续时间较长,存在脱轨的可能;道岔区钢轨存在轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率影响较为显著,为保证轮重减载率不超过0.8的限值,车辆通过高速道岔时理论上应限速160 km/h,当不存在钢轨轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率的影响较小。     

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.     

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。