基于桥面不平顺的车桥耦合振动分析

把车辆和桥梁结构看成相互作用的两个子系统,分别建立二者的力学模型和振动微分方程。在求解过程中,通过位移协调条件和两个子系统间相互作用力相等的原则把两个子系统的振动微分方程耦合起来。利用有限元分析软件ANYSYS的二次开发语言APDL编写了求解车桥系统耦合振动微分方程的迭代计算命令流。以桥面不平顺为激振源,分析了主跨为550 m的福建长门大桥当多车辆通过时在各级桥面不平顺情况下的动力响应。计算结果表明,随着桥面不平顺程度的增加,桥梁结构和车体的动力响应均呈非线性增大,其中桥梁主跨跨中位移、主跨最外侧拉索应力和车辆加速度变化显著。

车辆各轮相干桥面不平顺激励的车桥耦合振动

根据车辆左右轮的互功率谱密度和相干函数,推导了左右轮桥面不平顺特性中对应相位角的相干关系,提出了采用相位角相干生成车辆各轮相干桥面不平顺激励的方法,并通过数值算例验证了该生成方法的可靠性。工程应用结果表明,车辆各轮相干桥面不平顺激励增大了桥梁、车辆竖向和车辆俯仰角的振动响应,但降低了车辆侧倾角的振动响应;不同相干函数模型对桥梁振动响应影响较小,但对车辆振动响应影响较大;同一相干函数模型,桥梁振动响应随着相干强度的增大而增大,但车辆振动响应随着相干强度的增大而减小;研究桥面不平顺随机激励对车桥耦合系统振动响应的影响有必要考虑车辆各轮的相干关系。

考虑桥面不平顺的车桥耦合系统非线性振动

以车桥接触处为界,提出了2自由度的1/4车辆模型,应用哈密尔顿能量原理,考虑梁的几何非线性影响,将桥面不平顺模拟成波动的正弦函数曲线,建立了车桥耦合作用下系统的非线性振动方程组。采用伽辽金法和龙格-库塔法求解,得到不平整桥面简支梁桥在车辆运行下的时域响应,探讨了几何非线性、桥面不平顺波长及幅值、车速等参数对车-桥耦合系统非线性振动性能的影响。

基于桥面不平顺导致跳车工况下的车桥相互作用分析

以双轴四自由度简构车辆和简支梁桥为对象,综合考虑车辆前后车轮与桥面贴合和分离的情况,建立以车轮与桥面位移相容条件为判别依据的跳车分析模型。当车轮、桥体、桥面不平度三者的位移矢量和小于零时判定车轮与桥面分离,而车辆将在重力作用下重新回到桥面与桥梁产生二次接触,从而影响桥梁位移响应。本文采用Matlab自编程序求解耦合模型,重点研究在车辆速度、桥面周期不平顺和随机不平顺三种因素的影响下考虑跳车情况后的桥梁位移动态响应。文中数值算例表明:当桥面平顺时,跳车工况下桥梁位移曲线与车桥密贴结果高度一致,差值小于3%,证明了该判别条件的准确性;而当桥面不平顺时,跳车工况桥梁竖向位移较密贴工况有10%左右的增幅,且跳车工况下的桥梁位移曲线波动幅值随桥面等级的降低而增大。故在车桥耦合动力学分析中,当桥面存在不平顺时应充分考虑桥面跳车带来的影响。

基于相位调制的平稳非高斯桥面不平顺随机激励的模拟

在逆傅里叶变换法生成平稳高斯桥面不平顺随机激励的基础上,建立随机激励过程相位角与高阶中心矩之间的关系,通过不断调整相位角大小来改变桥面不平顺的非高斯特征,多次迭代生成给定功率谱密度、偏斜度和峭度的平稳非高斯桥面不平顺随机激励;同时,根据现场实测的桥面不平度数据,采用相位调制法重构桥面不平顺随机过程。数值算例和实测桥面不平顺的重构结果表明,该研究基于相位调制生成的平稳非高斯桥面不平顺能够满足给定目标功率谱密度、峭度和偏斜度的要求且模拟精度较高。桥面不平顺的幅值分布区域和幅值最大值随着峭度的增大而增大;偏斜度越大,桥面不平顺正偏或负偏的幅值分布区域就越大。工程应用结果表明,超高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应最大,高斯桥面不平顺次之,亚高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应相对较小;车辆振动对非高斯桥面不平顺激励的敏感程度大于桥梁振动。

基于桥面不平顺的车辆舒适性分析

车辆在不平顺桥面上高速行驶,其振动会因车桥耦合作用而加强.为研究由此引起的司乘人员不舒适程度,本文对过桥车辆的舒适性进行评价.用数值分析法模拟较为常见的4级桥面不平顺.将车辆简化为由质量、阻尼和刚度组成的多自由度体系,应用梁单元和杆单元建立三维大跨度桥梁有限元模型.利用车桥间位移协调条件及动力相互作用关系,借助于Ansys软件实现振动微分方程的迭代求解,得出车辆振动加速度.采用ISO2631-1-1997中的舒适性评价方法,分析多车辆过桥时的车辆舒适性.结果表明:桥面平顺状况恶化将加剧车辆振动,导致乘坐舒适感变差.

桥面不平顺对大跨度斜拉桥车激振动的影响

考虑车辆荷载作用下桥梁结构的动力响应是现代桥梁设计中的重要内容之一。以润扬长江大桥北汊主桥为工程背景,建立了桥梁结构动力分析有限元模型和车辆的多刚体动力学模型。基于路面不平顺的功率谱密度函数,用三角级数法对桥面不平顺进行了数值模拟。分别建立了车辆和桥梁两个子系统的振动微分方程,借助于两个子系统之间力和位移的协调条件,用Newmark-β法求解车桥系统的振动微分方程,分析桥梁结构的动力响应。计算结果表明,随着桥面不平顺程度的增加,桥梁结构主跨跨中动位移、动弯矩和动剪力均逐渐增大,桥梁塔顶纵向振动位移和主跨最外侧拉索动应力也逐渐增大,且增大幅度越来越显著。

伪随机桥面不平顺时域模型仿真分析研究

桥面不平顺是车辆-桥梁耦合系统振动的主要影响因素之一,引入路面不平度来模拟桥面不平顺,假定路面不平度是具有零均值、各态历经的平稳随机过程,且服从高斯概率分布。基于FORTRAN平台编制了模拟桥面不平顺的仿真程序BDR,采用FFT法及谐波法模拟了按国家标准GB/T 7031-86划分的B、C级桥面不平顺曲线。结果表明:该模型能够描述复杂且不规则的路面形状,适用于任意谱密度函数的平稳随机过程,适应性良好。

桥面不平顺状态下含裂纹梁的车桥耦合振动分析

为分析桥面不平顺状态下含表面裂纹时桥-车耦合振动,利用1/4车辆模型,基于桥面不平顺产生的随机激励,运用Hamilton原理建立桥面不平顺状态下含裂纹桥-车耦合系统动力方程,应用Runge-kutta法对方程进行求解,分析不同等级桥面不平整度下,裂纹深度、车速、桥车质量比等参数对桥梁结构位移的影响。结果表明,随着裂纹深度的增加,梁体跨中位移峰值增大,且考虑桥面不平顺状况时梁体跨中位移响应更复杂。

考虑桥面随机不平顺的桥梁动态响应研究

基于随机振动理论研究桥面不平顺影响下,车桥耦合振动作用时的中小桥梁动态响应曲线;通过建立车桥耦合振动方程,基于虚拟激励法对重力引起的确定性激励和桥面不平顺引起的随机激励求解,得到桥梁跨中挠度和应力响应的均值和标准差。运用3σ法则定义随机激励的确定值值域,分析桥梁跨中位移和应力响应在不同车速和桥面不平顺等级作用下的特性,并讨论了动态响应曲线与准静态影响线的差异。结果表明:桥梁跨中挠度和应力标准差受车速和桥面不平顺等级变化的影响很大;桥梁动态响应值域范围很大,具有较强的随机性;相比准静态影响线,动态响应曲线更能体现车桥之间激励的耦合随机作用。

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数,在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入,对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测。结合自编的车桥耦合(VBI)单元,建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型,通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性。在此基础上,引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱桥研究对象,输入规范规定的A~D级不平顺,研究车速、车重和桥梁基频对系梁冲击系数的影响。研究结果表明:汽车通过周期间隔布置的减速带时会形成稳态激振,当激振频率接近桥梁的前2阶基频时,引起的系梁动挠度响应最大;系梁的汽车荷载冲击系数随着桥梁基频的增加呈现出先增大后减小的趋势,当小汽车(总重低)行驶于差桥面(D级不平顺)时,规范值明显低估了系梁的冲击系数。

高架桥桩基沉降对桥面平顺性影响研究

依据软基上高架道路桥桩基实测沉降 ,统计分析桩基沉降及差异沉降对桥轨面不平顺性的影响。桩基持力层土性是影响桩基沉降的主导因素 ;相邻桩基差异沉降及桥轨面起伏波长是桥轨面不平顺性的主要参变因素 ;桩基持力层层位及土性改变地段差异沉降显著增大。

基于ANSYS的简支梁车-桥-支座耦合动力响应分析

为准确模拟车辆过桥产生的振动,应考虑支座弹性作用的影响。结合分离法与汽车动力学原理,分别建立车辆、桥梁和支座的计算模型并通过位移协调关系和力的平衡关系进行车-桥-支座耦合。基于ANSYS中APDL语言,以30 m简支箱梁桥为算例研究桥面不平整度、支座刚度和阻尼对车-桥-支座耦合动力响应的影响。结果表明,桥面平整度越差,车辆行驶过程中对桥梁产生的冲击力越大,激发桥梁的动力响应越剧烈;适当增大支座刚度能有效降低桥梁动挠度,减弱振动响应;支座阻尼具有耗能作用,增大支座阻尼对削弱桥梁加速度响应有明显的效果;在设计桥梁支座时,应适当增大支座刚度和阻尼来削弱车-桥-支座耦合振动对桥梁的冲击作用。

桥面不平引起车桥系统随机振动车速因素分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度系统,桥面不平顺引起的车桥耦合振动荷载等效为虚拟激励荷载,建立移动车辆-桥梁耦合随机振动模型,运用虚拟激励法((pseudo excitation method,简称PEM)并结合模态综合叠加技术进行求解。将数值迭代结果与Monte-Carlo法对比,验证求解算法的正确性。以简支梁桥为例,在频域内对桥面不平顺引起车桥耦合随机振动的车速因素进行分析。结果表明:桥梁跨中竖向位移均方根值随车速变化较大,车速对位移和加速度功率谱曲线的1阶频率峰值和带宽影响显著;近支点加速度功率谱曲线的峰值、频率及带宽随车速变化明显。研究桥面不平顺引起的车桥耦合随机响应,车速对桥梁和车体振动影响不可忽略。

特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥随机振动的影响

为了研究特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥振动响应的影响,根据特重车左右轮的相干函数关系和前后轮的时间滞后关系,推导并建立了特重车各轮相干桥面不平顺激励的功率谱矩阵。基于车桥耦合振动理论和虚拟激励法分析特重车各轮相干桥面激励对大跨度斜拉桥车致振动响应的影响,研究结果表明:特重车各轮相干桥面激励增大了斜拉桥振动响应的离散程度,桥梁振动响应随着各轮桥面激励相干强度的提高而增大。斜拉桥在特重车各轮相干桥面激励下的振动响应受不同相干函数模型的影响较小。特重车各轮相干非平稳桥面激励的斜拉桥振动响应离散程度大于各轮相干平稳桥面激励,桥梁振动响应标准差最大值随着车辆加速度的提高而增大。斜拉桥的车致振动响应对多轮多点相干桥面激励很敏感,其振动响应的离散程度随着特重车轴数的增加而增大。

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.

考虑车辆六轮相关的桥面随机激励的模拟

研究目的:模拟车辆各轮相干桥面不平顺随机激励,为车桥耦合振动系统提供更切合实际的桥面激励输入,本文在滤波白噪声法生成单轮桥面不平顺随机激励的基础上,结合车辆各轮桥面不平顺激励的时空相干特性,建立车辆六轮相关桥面随机激励时域模型,并验证模型的有效性。同时,以一座30 m跨径的简支T梁桥为工程背景,对比分析车辆六轮相关桥面随机激励对桥梁振动响应的影响。研究结论:(1)根据车辆六轮间的相干函数关系所建立的桥面随机激励模型有效可靠;(2)车辆六轮相关的桥面随机激励对桥梁振动响应均值的影响很小,但对桥梁振动响应标准差的影响较大;(3)车辆低速行驶时,六轮相关桥面随机激励的桥梁振动响应小于其他激励方式,但随着车速的提高,六轮相关桥面激励的桥梁振动响应和冲击系数明显大于其他激励方式;(4)研究桥面不平顺随机激励对桥梁振动响应的影响有必要考虑车辆各轮的相干关系。

高速公路大跨度连续梁桥车桥耦合动力响应与参数影响分析

建立了空间7自由度车辆模型,推导了车辆系统总势能;根据弹性系统总势能不变值原理和"对号入座"法则,建立了车桥耦合系统动力方程,并引入桥梁路面不平顺随机激励;基于Fortran自编程序并以酉水大桥工程为背景,对大跨度连续梁桥车辆移动作用下的动力响应进行了分析,计算分析了汽车冲击系数,并采用狄克曼指标对桥梁振动舒适性进行评价;最后对动力响应参数进行了分析。结果表明:汽车冲击系数随车道数的增加而增大,且比《公路桥梁设计通用规范》中的值大;桥梁振动动力响应参数与狄克曼指标有关,通过狄克曼指标可以判断桥梁的振动舒适性,酉水大桥在正常使用情况下的狄克曼指标为0.768~2.885,振动舒适性良好。参数影响分析所得的相关结论可供高速公路大跨度连续梁桥设计施工、日常运营管理时参考。

大跨度公路斜拉桥车桥耦合振动竖向响应分析

在数值分析软件MATLAB平台上,运用三角级数法将桥面不平顺模拟为具有各态历经的平稳随机过程.根据有限元法建立大跨度斜拉桥分析模型,将车辆模拟为5个自由度的质量-弹簧-阻尼体系,分别建立车辆和桥梁结构的振动微分方程,通过位移协调和力的平衡条件形成车桥系统的耦合振动微分方程.采用Newmark-β法,利用有限元分析软件ANSYS编写了迭代计算的APDL命令流,进行主跨为550 m的福建长门大跨度公路斜拉桥的车桥耦合振动分析.计算结果表明:桥梁结构动力响应随桥面状况的恶化而显著增大,随结构阻尼的增大而近似呈线性关系减小.随车重的增加而先增大后减小,在开始阶段,响应迅速增大,而后缓慢减小.

车流-桥耦合系统的随机响应分析

将车辆简化为两自由度移动系统,考察在不同边界条件下,实际车流作用时由桥面不平顺引发的车桥耦合系统的随机响应。运用演变随机过程的一般理论,结合状态空间理论和模态分析法,推导得出车桥耦合系统的演变随机响应。通过数值算例,对比分析不同边界条件对车桥耦合系统随机响应的影响,讨论了速度与桥面等级变化时桥梁跨中位移均方根响应的变化规律。以本文所给车列为荷载,存在一个使跨中位移均方根响应峰值突然减小的速度临界值,该临界值的大小与边界条件和桥面等级无关。