车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风车-桥耦合振动、地震车-桥耦合振动、磁浮交通车辆轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。

考虑轨道不平顺全概率分布的车桥随机分析方法

轨道不平顺是车桥耦合系统最主要的激励之一,其高维的随机性导致车桥耦合确定性计算模型不能精确反映实际系统动力响应的离散性。为了完整地反映实际线路中的轨道不平顺信息,文章建立一种适用于车桥耦合随机系统分析的轨道不平顺随机场模型,模型在包含了轨道谱概率、幅值、波长、相位等信息的基础之上,尽可能地减少了参数数量,通过与实测数据对比,该模型的有效性得以验证。此外,将该轨道不平顺随机场模型作为三维车-线-桥耦合时变计算模型的激励源,引入概率密度演化方法,对该耦合系统动力指标的统计特性及动力可靠度进行分析。结果表明,该轨道不平顺随机分析模型产生的空间序列较好地表征了平稳随机过程的谱表达;概率密度演化方法相对于蒙特卡洛方法有着更高的计算效率;不同的动力指标有着不同的均值、均方差、可靠度特征。

近场滑冲型地震对某五跨两联桥的影响

滑冲型地震动可能会引起结构更大的地震响应,为近场地震造成灾害的主要来源之一。为了探索滑冲型地震作用下桥梁的地震响应特性,本文基于OpenSEES软件建立了某五跨两联桥的非线性分析模型,且考虑碰撞效应,以等效脉冲模型、收集并处理的地震动记录等作为激励源,进行了时程分析、理想单边脉冲的参数分析、实测地震动与理想单边脉冲的对比分析等。结果表明:基线修正对于滑冲型地震动有着一定的必要性;碰撞效应改变了滑冲地震下桥梁结构的响应特征;脉冲分量及剩余分量在结构分析中均具有不可忽视的作用。

基于应变指标的斜拉桥桥塔地震损伤演化

为研究大跨度斜拉桥桥塔在地震作用下的损伤演化过程,以某座主跨为432 m的铁路钢桁斜拉桥为例,基于OpenSEES软件建立桥梁有限元模型,采用增量动力分析法,对比了纵向地震波输入下以桥塔截面纵向钢筋应变与曲率为损伤指标的桥塔损伤程度,并选取钢筋应变指标用于桥塔在双向水平地震动作用下的损伤演化过程分析。结果表明:钢筋应变对于桥塔的损伤评价适用性更强;斜拉桥桥塔在地震作用下的损伤主要发生在塔底、中塔柱及上横梁处;纵向地震波输入时,塔底先出现损伤,接着是中塔柱,最后是上横梁处;双向水平地震动作用时,塔底仍最先受损,继而是上横梁处,最后是中塔柱;与纵向地震动单独作用时相比,双向水平地震动作用会显著增大桥塔的损伤程度,在进行桥塔的损伤评估时,应予以重视。

轨道不平顺随机性对高速铁路桥梁动力响应的影响

轨道不平顺是车桥耦合系统中最主要的激励源。既有车桥耦合振动研究通常采用时频转换法将规范轨道谱变换为空间随机序列,以此体现轨道不平顺的随机特征。然而,实际线路中的轨道谱具有显著的随机性,亟待开展考虑轨道不平顺全概率特性的车桥耦合系统随机振动研究。依据车辆、结构动力学理论,在合理构造车辆、有砟轨道、桥梁子系统模型及表达其相互作用原理的基础上,建立三维车-轨-桥耦合计算模型,通过与现场实测数据进行对比,证明了模型的可靠性。在此基础上,引入概率密度演化及极值分析方法,结合新提出的轨道不平顺概率模型,探究了轨道随机不平顺对桥梁动力响应的影响。计算结果表明,轨道不平顺的随机性对桥梁加速度响应有较大的影响,但在当前的轨道不平顺激扰下,系统响应并未超过规范限值。

基于eFAST方法的车—线—桥耦合系统全局敏感性分析

基于车辆—轨道—桥梁耦合振动理论,建立车—线—桥耦合计算模型,引入轨道不平顺功率谱密度的概率分布模型,运用推广傅里叶幅度敏感性检验(eFAST)方法,考虑参数间的耦合作用,研究桥梁上部结构部分参数和不同类型的轨道不平顺对车—线—桥耦合系统动力响应的影响。结果表明:轨道方向不平顺是影响车辆横向加速度和横向轮轨力的关键参数;轨道高低不平顺是影响车辆竖向加速度和竖向轮轨力的关键参数;桥梁上部结构的弹性模量是影响其动力响应的关键参数。验证了eFAST方法在车—线—桥耦合系统参数敏感性分析方面的可行性。

Seismic behavior of precast segmental column bridges under near-fault forward-directivity ground motions

Precast segmental column bridges exhibit various construction advantages in comparison to traditional monolithic column bridges.However,the lack of cognitions on seismic behaviors has seriously restricted their applications and developments.In this paper,comprehensive investigations are conducted to analyze the dynamic characteristics of precast segmental column bridges under near-fault,forward-directivity ground motions.First,the finite-element models of two comparable bridges with precast segmental columns and monolithic columns are constructed by using OpenSees software,and the nonlinearities of the bridges are considered.Next,three different earthquake loadings are meticulously set up to handle engineering problems,namely recorded near-and far-field ground motions,parameterized pulses,and pulse and residual components extracted from real records.Finally,based on the models and earthquake sets,extensive explorations are carried out.The results show that near-fault forward-directivity ground motions are more threatening than far-field ones;precast segmental column bridges may suffer more pounding impacts than monolithic bridges;the“narrow band”effect caused by near-fault,forward-directivity ground motions may occur in bridges with shorter periods than pulse periods;and pulse and residual components play different roles in seismic responses.