计算车桥耦合振动路面不平度影响的虚拟梁元法

为了准确、高效计算车桥耦合振动中路面不平度的影响,提出一种在车桥耦合竖向振动分析中处理路面不平度的虚拟梁元法,采用界面接触法建立车辆和路面不平顺轨迹刚性梁间的耦合传力,同时将不平顺轨迹刚性梁模拟成机动体系与桥梁结构建立连接,将虚拟梁元作为车轮的行驶轨迹,简化路面不平度输入时的编程难度。研究结果表明:所设置的虚拟梁元对桥梁结构竖向刚度和自振特性没有影响;虚拟梁元法计算结果受有限元模型网格划分尺寸影响很小,结果稳定性好;不同车辆模型分别以不同速度通过路面平顺状态下的简支梁算例桥梁时,分离迭代法计算的跨中位移最大动挠度与文献结果最大相对偏差1.14%,虚拟梁元法与文献结果最大相对偏差为2.06%;1/4车辆以40 km/h的车速通过算例桥梁时,A级路面不平顺下,2种方法获得的跨中位移动挠度相对偏差为1.58%,B级路面为2.99%,C级路面为3.62%;采用虚拟梁元法计算7自由度空间车辆以不同车速通过平面简支板桥的车桥耦合振动效应时,跨中位移最大动挠度与文献结果最大相对偏差为2.45%;比较分离迭代法和虚拟梁元法在求解同一问题时的CPU time花费,虚拟梁元法用时为分离迭代法的1/4,效率较高。虚拟梁元法可以准确计入路面不平度的影响,且在求解空间车辆和三维桥梁车桥耦合振动问题时具有较高的精度,比传统的分离迭代法具有较高的计算效率。     

考虑横竖向车桥耦合曲线桥动力响应影响

为探究在有无横竖向车桥耦合作用下曲线桥的动力响应,通过运用有限元软件ANSYS建立三跨混凝土连续曲线桥模型和车辆模型,利用两者之间力的平衡条件和几何协调条件来模拟横竖向车桥耦合作用,并考虑车辆模型的横向振动,建立车—桥相互作用的动力学模型的方法研究了曲线桥的动力响应。结果表明：曲线桥前两阶振型主要以竖向振动为主,而高阶振型,弯扭耦合振动效应明显;70t车重作用下,1#跨中截面横向力最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了1.43%;1#跨中截面横向位移最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了10.25%。可见在对曲线桥进行动力响应分析时有必要计入车桥耦合作用;可以通过限载限重防治曲线桥的横向位移的产生。     

考虑横竖向车桥耦合曲线桥的动力响应影响

为探究在有无横竖向车桥耦合作用下曲线桥的动力响应,通过运用有限元软件ANSYS建立三跨混凝土连续曲线桥模型和车辆模型,利用两者之间力的平衡条件和几何协调条件来模拟横竖向车桥耦合作用,并考虑车辆模型的横向振动,建立车-桥相互作用的动力学模型的方法研究了曲线桥的动力响应。结果表明:曲线桥前两阶振型主要以竖向振动为主,而高阶振型,弯扭耦合振动效应明显;70 t车重作用下,1#跨中截面横向力最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了1.43%;1#跨中截面横向位移最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了10.25%。可见在对曲线桥进行动力响应分析时有必要计入车桥耦合作用;可以通过限载限重防治曲线桥的横向位移的产生。     

连续梁桥跳车冲击下车桥耦合振动响应分析

为研究车辆在不同工况下发生跳车对变截面连续梁桥动力响应的影响,文章选用1/4车辆模型,采用D’Alembert原理建立车辆振动平衡方程;基于Euler-Bernoulli梁理论将变截面连续梁划分成多个微段并进行受力分析,建立桥梁振动平衡方程,采用模态坐标法考虑振型的正交性对方程进行简化,与车辆振动方程联立得到车桥耦合振动方程,最终理论推导出跳车冲击过程中的车桥耦合振动平衡方程;利用MATLAB自编程序求解车桥耦合振动方程,得出车桥耦合动力响应。研究表明：当跳车高度不断增加时,桥梁动力响应持续加重,位移最大值逐渐增加;当不同桥跨跨中发生跳车时,跳车跨位移响应最大,距离跳车跨越远,位移响应越小。     

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.     

大跨连续梁桥车桥耦合振动响应研究

为研究大跨连续梁桥车桥耦合振动响应,基于结构动力学基本原理,结合桥梁设计规范,建立五轴重卡车辆和大跨连续梁桥动力学方程;通过车桥耦合几何和力学条件,组建车桥耦合时变矩阵,并考虑空间路面不平度影响,通过自编程序,开展敏感参数下大跨连续梁桥动力响应和冲击系数影响研究。结果表明：在各敏感参数下,桥梁冲击系数计算值普遍大于规范值,建议应重点关注敏感参数对大跨连续梁桥的动力响应,相关研究可为此类桥梁安全运营提供参考。     

路面激励相干函数对车桥系统随机振动响应的影响

采用虚拟激励法建立多点输入相干激励车桥耦合随机振动模型,研究路面不平顺相干函数对车桥耦合系统振动响应的影响.将三轴自卸汽车离散为三维九自由度弹簧-质量-阻尼体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面输入激励的相干性,研究Naryanan相干函数、Dieter相干函数和Zhang相干函数对车桥耦合系统振动响应及频谱特性的影响.研究结果表明:不同的相干函数对位移均方根和加速度均方差的影响效果不同;相干函数仅影响共振能量大小,不改变路面激励与车桥耦合系统的共振频率;研究车桥耦合随机振动响应时,路面激励相干函数对桥梁振动响应的影响可不计,但对车辆振动响应的影响不可忽略.     

基于等参映射与改进折半法的 公路车桥耦合分析系统

针对传统全耦合车桥耦合分析计算量大、效率低的问题，基于等参映射及改进折半法建立公路车桥耦合分析系统. 采用ANSYS建立桥梁有限元模型，利用MATLAB建立多种精细化车辆动力分析模型，采用全过程迭代法分别求解桥梁子系统与车辆子系统. 为实现车轮荷载快速自动加载，引入四边形等参映射和改进折半查找法确定车桥接触点的插值系数和加载位置. 基于弹簧-质量模型过简支梁算例及某大跨悬索桥行车试验，将该分析系统与经典数值分析方法、实测数据以及传统的时间步迭代方法进行对比. 研究结果表明，所建立的车桥耦合分析系统具有较好的分析精度和计算效率，迭代过程收敛速度较快，可为高流量、高随机车辆荷载下桥梁结构空间响应分析提供参考.     

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动，为此结合天津轻轨工程分析了考虑土一结构相互作用（SSI）效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应（即墩底固接）的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中，建立了27个自由度的车辆模型；在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟；在考虑SSI效应中，以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明，考虑SSI效应，对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著，而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大，其中横向位移最大增幅达90％，扭转角最大增幅接近38％．可见，处于地基软弱地区的铁路桥梁，SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．     

曲率半径对连续曲线梁桥车桥耦合振动的影响

目的研究某一匝道公路曲线连续箱梁桥的空间车桥耦合振动响应问题,分析曲率半径对该类桥型车桥耦合振动的影响,为设计提供参考.方法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,再用模态综合法编制了求解公路曲线梁桥车桥耦合方程的MATLAB程序并进行动载试验验证.结果主梁跨中最大位移响应会随着曲率半径的减小而逐渐增大,且当曲率半径R≤120 m时,最大位移响应迅速增大;当曲率半径大于120 m时曲线梁桥的位移冲击系数均小于直线梁桥.结论随着曲率半径的减小,弯矩、扭矩最大冲击系数逐渐增大,而剪力最大冲击系数变化较小;在曲率半径由120 m减小至60 m的过程中,内力相应的最大冲击系数均迅速增加.     

车桥耦合下公路桥梁长标距动态应变的求解方法

针对车桥耦合分析方法不能直接求解桥梁长标距应变的问题,首先研究了移动车辆荷载下桥梁长标距动态应变时程响应求解方法;在考虑路面不平顺影响下,采用MATLAB软件,编程求解车桥耦合系统桥梁长标距应变的动力方程,同时计算求解了不同速度下桥梁跨中动态长标距应变时程,并与传统点式应变时程进行了对比分析.结果表明:长标距应变与点式应变总体上较为接近,尤其是车速超过20 m·s~(-1)时,两者差异不大;在不同车速工况下,长标距动态应变时程和点式应变时程随车速的变化规律相同.研究结果验证了长标距应变随车速变化的规律和理论测试精度.     

脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和...     

基于ANSYS和SIMPACK联合仿真的大跨钢箱提篮拱桥车-桥耦合振动分析

为高效求解高速铁路大跨钢箱提篮拱桥车-桥耦合振动特性,并考虑列车系统弹簧阻尼系与轮轨接触的非线性特征,充分利用ANSYS和SIMAPCK软件平台各自优势,提出了一套可高效求解复杂车桥耦合系统的分析方法。该方法利用ANSYS作为前处理,建立大跨钢箱提篮拱桥精细化有限元模型,运行Lanczos法进行模态分析,再利用HBMAT命令提取桥梁关键模态信息作为关键输入文件,而列车与轮轨接触在SIMPACK平台构建。通过SIMAPCK读取ANSYS输入的关键数据文件,建立车桥耦合分析的动力学模型。运用SIMPACK中的有限元接口模块(Flex Modal)构建一个质量可以忽略的虚刚体实现列车与桥梁的耦合。最后,以实测南广(南宁—广州)铁路西江特大桥动力响应数据为分析样本,通过计算值与实测值的对比,验证提出的方法的可靠性。结果表明:基于ANSYS和SIMPACK的联合仿真是开展车-桥耦合振动研究的有效方法;由轨道不平顺或轮对蛇行运动引起的周期性激励可能引发横向共振,而发生竖向共振的可能性较小;桥梁结构横向振幅由于受车辆偏载影响较大,单线行车的横向振幅大于双线行车;受激励频率的影响,竖向舒适度指标和加速度可能不随车速单调递增;脱轨系数、轮重减载率、竖向舒适度指标和加速度受活载导致的竖向振动影响较大,而横向舒适度指标和加速度则受偏载效应影响较大。研究结果可为类似桥梁的动力设计提供参考。     

车桥耦合气动力特性和风压分布数值模拟

基于计算流体动力学，采用数值模拟的方法研究了车桥耦合体系气动力特性和风压分布．首先选取了雷诺应力湍流模型，分别建立了桥梁单体模型、车辆单体模型和车桥耦合体系模型．计算了3个模型在不同风向角下的气动力系数，并对各自的风压分布进行了比较．车桥耦合体系考虑了车辆和桥梁的耦合效应，在不同风向角工况下，车桥耦合体系的气动力系数，包括升力系数、阻力系数和倾覆力矩系数，都明显增大．计算结果表明，车桥耦合体系与桥梁和车辆各自单体相比较，气动力系数差异较大，故设计中应对此给予重视，以确保行车安全．     

大跨斜拉桥车桥振动简化算法及在ANSYS中实现

基于ANSYS的二次开发功能,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,提出了一种大跨斜拉桥车桥振动分析的简化方法,给出了运用APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言编制分析程序的步骤和过程.工程实例分析验证了方法的正确性和有效性.该方法简化了大跨斜拉桥车桥振动分析过程,便于工程技术人员应用,可为其他类型大跨桥梁车桥振动分析提供参考.     

考虑车桥间气动干扰的桥上车辆行驶安全性分析

为了研究车桥间气动干扰对桥上车辆行驶的影响,以重庆太洪长江大桥为研究背景,针对厢式货车和小轿车2种车型,对强风作用下车桥的动力响应和车辆的行车安全性进行了分析.首先基于风-车-桥耦合整体分析系统,分别获得考虑与不考虑车桥间气动干扰两种情况下车辆的竖向、俯仰、侧倾加速度响应以及桥梁侧向加速度响应,将获得的加速度响应导入MATLAB所编制的局部事故分析程序中,获得车辆侧滑位移和每个车轮反力比,根据行车事故判定准则,判断车辆是否发生事故;然后通过逐级增加车速和风速,得到了2种车型在不同车速下的临界风速.研究结果表明:考虑车桥间气动干扰对车辆动力响应影响较大,从而对桥上车辆行驶安全性影响显著,不考虑车桥间气动干扰的行车安全性分析结果偏保守,此外,考虑车桥间气动干扰还影响车辆在桥上行驶时发生的事故类型.研究结果为强风气象条件下大跨度桥梁的运营安全和科学管理提供了合理的理论参考和数据支撑.     

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...     

轨道不平顺速度项对车桥动力响应的影响分析

轨道不平顺的速度项对车桥动力响应的影响，在以往车桥耦合振动分析中往往被忽略．首先阐述轨道不平顺速度项的概念和求解方法，然后对是否考虑轨道不平顺速度项所产生车桥振动响应的结果进行了分析比较．结果表明，两种计算差别比较显著，考虑轨道不平顺速度项的分析结果与实测数据更为接近．     

考虑多影响因素的铁路矮塔斜拉桥冲击系数

为研究铁路矮塔斜拉桥的冲击系数,基于车桥耦合振动理论和多体动力学有限元方法,建立了铁路矮塔斜拉桥的车桥耦合振动分析模型.以4座铁路矮塔斜拉桥为例,基于概率统计方法研究了桥梁位移、弯矩、剪力等的冲击系数分布规律.采用数据拟合和假设检验相结合的方法,推导出考虑桥梁跨度、列车速度、桥梁自振基频及轨道不平顺随机性等多因素的冲击...     

简支梁车桥耦合振动及其影响因素

针对主梁刚度下降对车桥耦合振动响应的影响问题,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.将桥梁与车辆模型独立建于ANSYS环境下,并通过APDL编程语言实现耦合关系,得到振动时程响应曲线,与相关文献对比验证其正确性;并利用该算法研究了当车辆行驶速度、刚度下降段长度、刚度下降比例变化时简支梁桥的车桥耦合振动特性,给出了冲击系数、加速度峰值等参数的三维变化曲面图,分析各参数对车辆过桥时的耦合振动影响.研究结果表明:该算法与传统算法相差小于1％;当简支梁主梁刚度下降时,跨中挠度冲击系数最大值为0.168,跨中弯矩冲击系数最大值为0.239,车辆竖向加速度最大值为0.973,跨中截面竖向加速度最大值为1.354;并且以上参数受到车辆行驶速度的影响程度较大,受主梁刚度降低的影响较小.