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。     

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。     

大跨度上承式拱桥的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载作用下高速列车与大跨度上承式拱桥的耦合振动特性,以奉节梅溪河特大桥作为算例,通过多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真,建立了风-车-桥耦合系统.计算分析了风速以及行车速度对桥梁动力响应以及列车的行车安全性、舒适性指标的影响.计算表明:桥梁横向位移受风荷载控制而竖向位移受列车荷载控制...     

大跨度高墩连续刚构桥应力特性分析

大跨度预应力混凝土高墩连续刚构桥由于主梁连续、墩梁固结,且多采用三向预应力体系,使得桥梁受力复杂,空间效应显著。为了保证桥梁的结构受力安全,有必要对己设计好的结构进行空间分析。利用有限元理论模拟其受力机理进行了空间仿真计算和分析研究,建立三维有限元模型,综合考虑结构自重及预应力束的空间效应进行计算分析,得出了结论,对于正确指导此类桥梁的设计具有一定的理论和工程实用价值。     

风屏障透风率对侧风下大跨度斜拉桥车-桥耦合振动的影响

为研究风屏障透风率对侧风下大跨度斜拉桥车桥系统耦合振动的影响,通过风洞试验得出在桥梁上设置不同透风率风屏障情况下桥梁和桥上不同位置处列车的三分力系数,在此基础上根据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立考虑风荷载的车桥系统耦合振动方程对侧风作用下大跨度斜拉桥车桥动力响应进行计算。研究结果表明:当风屏障透风率由10%增大至40%,迎风和背风工况下跨中处桥面竖向位移最大值均呈现增大趋势;风屏障透风率对迎风工况车辆动力响应的影响较大;当风屏障透风率由30%增大至40%时,车辆的脱轨系数、轮重减载率和横向摇摆力增幅较为明显。     

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。     

铁路桥梁新型柱板式高墩双柱模型的抗震性能

采用往复荷载下的钢筋和混凝土本构,用非线性有限元分析法研究铁路桥梁新型柱板式高墩双柱模型在低周往复荷载作用下的滞回特性、延性及耗能等抗震性能,研究墩柱截面形式、腹板厚度、墩柱配筋率对这些特性的影响.通过对4个缩尺模型的拟静力试验,进一步研究轴压比、腹板厚度和水平加载制度等对柱板式高墩破坏性状的影响.研究结果与数值模拟结果吻合较好,说明本文采用的分析方法结果可靠,新型柱板式高墩具有较好的抗震性能.     

轮对蛇形运动及对车-桥耦合振动的影响

以蠕滑理论建立横向轮轨关系的车桥动力相互作用模型,以典型高速铁路车辆通过32 m简支梁桥作为算例,研究不同车速和桥梁刚度时车桥动力耦合系统中的实际轮对蛇形运动.采用按轮轨密贴假定建立的另一种以轮对蛇形为激励的车桥动力分析模型,以蠕滑理论求出的轮对蛇形运动作为激励,与不考虑轮对蛇形运动激励时的车桥动力响应结果进行比较.结果表明,在分析桥梁动力响应时可忽略轮对蛇形运动的影响,而分析车辆动力响应时则应加以考虑.     

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.     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

基于PTMD的双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动控制

针对双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动问题,文章以某高速公路路段1座4×35 m双主梁钢-混组合梁桥为例,设计一种通过调谐质量块与黏弹性层之间的碰撞来耗散能量的碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD),以减小车辆引起的桥梁振动;结合桥梁和车辆的运动方程,建立车-桥-PTMD耦合系统运动方程;考虑路面条件,基于三维车辆模型、桥梁模型和PTMD系统建立车-桥-PTMD耦合系统的仿真模型,以研究该装置的减振效果。结果表明,该文研究的PTMD对钢-混组合梁桥的车-桥耦合振动有明显的抑制效果,且随着其质量比的增大,减振效果有显著提升。     

连续梁桥多车辆车-桥耦合非线性动力分析

针对连续梁桥在考虑桥梁自身非线性条件下的多车辆车-桥耦合振动响应问题,文章采用达朗贝尔原理建立了车辆模型的振动方程,基于欧拉-伯努利梁假设推导出桥梁的非线性振动方程;利用伽辽金法对多车辆车-桥耦合系统的非线性动力平衡方程组进行了简化,并运用Newmark法借助Matlab进行了数值求解;最后通过具体算例探讨了多车辆匀速行驶时行车数目、行车间距对桥梁动态响应值的影响。数值分析结果表明:连续梁桥跨中的动态响应值会随着行车间距的增加先增大后减小,同样也随着行车数目的增多先增大后减小。     

高墩大跨度预应力连续刚构桥荷载试验及动力分析研究

基于具体工程实例,通过大型有限元计算软件Midas/Civil建立了该桥三维仿真模型,计算了该桥的结构内力和动力特性,通过桥梁静载试验和动载试验检验了该桥运营状况,结果表明该桥承载能力满足要求,刚度合理,符合设计要求.     

基于动柔度法的车-线-桥垂向耦合振动分析

利用动柔度的思想建立高速铁路车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学频域模型。将车辆看作具有10自由度的多刚体系统,推导出车辆系统的动柔度;将钢轨看作无限长Timoshenko梁、轨道板简化为自由-自由的Euler梁、桥梁简化为简支Euler梁,扣件系统和CA砂浆层用线性弹性阻尼单元模拟,从而建立线-桥垂向动力相互作用系统,利用动柔度的思想求得线-桥垂向动力相互作用系统的动柔度;利用线性化Hertz接触理论,将车辆系统与线-桥垂向动力相互作用系统耦合成车-线-桥垂向耦合振动模型。分别求解单位简谐激励、轮轨几何粗糙度激励下的轨道系统和桥梁结构的动力学响应,最后结合虚拟激励法求解轨道谱激励下的轨道系统和桥梁结构的随机振动响应。研究结果表明:利用动柔度思想建立的频域车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,具有逻辑清晰、求解快速的特点,能够直接求解系统在频域的动力学响应。     

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．     

基于Matlab-Midas的车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性

为了研究车辆-大跨度连续刚构桥竖向振动特性,根据蠕滑理论并结合Matlab软件快速求出轮轨力,将模拟的轮轨力输入到用Midas建立的桥梁有限元分析模型中,求解出桥梁的竖向振动响应.仿真结果表明,采用于Matlab-Midas模型求解车桥系统竖向振动特性的方法具有较高的可行性和便捷性.以某大跨度连续刚构桥为例,选取和谐号CRH1,CRH2,CRH3,CH4型电力动车组,分析了4种不同型号电力动力车组的竖向动力响应,结果显示CRH4型的竖向位移动力响应大于其他3种类型,但是4种车型总的变化趋势一致.     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

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.     

五自由度人-车-路耦合模型振动分析

通过人-车-路三者相互作用的关系,建立了五自由度人-车-路耦合振动模型;利用牛顿法建立五自由度人-车-路模型的振动微分方程,运用MATLAB/SIMULINK软件对数学模型进行转化获得仿真模型。基于行驶车速和路面不平度激励,分析了五自由度耦合模型系统的振动特性,给出了相应变量的位移、速度和加速度响应曲线。研究成果对汽车的乘坐舒适性分析具有一定的指导意义和参考价值。