近断层地震动引起的公路桥梁车桥分离现象的统计分析

近年来,随着我国人均汽车保有量的增加,国内交通密度增大,交通拥堵加剧,再加上重卡超载现象越来越严重,机动车辆荷载对中小跨径桥梁的影响显著增大,也提高了地震发生时桥上有车的概率;另一方面,近断层地震动具有显著的竖向效应,已有震害表明车辆与桥梁在较强的竖向地震动作用下容易产生车桥分离或碰撞的现象。因此,考虑近断层地震动作用下车辆对桥梁动力响应的影响将有助于准确评估桥梁的抗震性能。文章以一座典型的3跨连续梁桥为工程背景,采用考虑车辆与桥面动态接触或分离的模型对实际近断层地震动作用下的车桥耦合系统的动力响应进行统计分析,研究车辆对桥梁的动力放大作用、车桥分离现象及其影响规律。结果表明,在车桥不分离的情况下,考虑车辆影响在80%的工况下会减小桥梁的竖向位移响应,但随着竖向PGA的增大,车辆对桥梁的动力作用逐渐趋于不利;其次,车桥之间的动力相互作用可能导致不止一次的车桥分离,最大接触力在大多数情况下发生在首次分离与二次分离之间,最大可能达到车辆重量的7.9倍,会对桥面局部受力产生极其不利的影响,且车桥分离的时间随着车辆竖向频率的增大而增加,但这种现象与地震动的竖向PGA没有直接关系,对桥梁的竖向位移响应影响也不大。

车桥耦合连续梁-拱组合桥冲击系数研究

为了得到连续梁-拱组合桥真实的冲击系数,以某三跨连续梁-钢管混凝土拱组合桥为依托,考虑车桥耦合振动效应,利用ANSYS建立大桥空间梁单元模型和车辆的三轴半车模型,分析桥面不平度、车速、车辆数对主梁不同部位及不同响应冲击系数的影响,并以车速和桥面不平度为自变量得到冲击系数二元回归公式,最后利用2座基频相近桥梁冲击系数的实测数据验证该公式。结果表明:桥面不平度对冲击系数影响最大,当桥面不平度达到B级以上,冲击系数超过规范值,最大可达规范值5.42倍;对于主梁,不同外部激励、不同响应和不同部位的冲击系数存在差异,部分冲击系数超出规范值;该文给出的冲击系数回归公式可用于类似结构主梁冲击系数估算。

模块化独立悬架车桥研究进展

为更好地促进先进车桥技术发展,文章阐述了模块化独立悬架车桥的国外发展现状和国内产品研发与技术探索情况;归纳了模块化独立悬架车桥所呈现出的军用背景浓厚、产品系列化、导向机构统一、弹簧非线性等产品特点;指出了可驱动控制化、轮跳大行程化、适配电驱动化的主要技术动向;提出了技术路线的思考,对国内进一步发展模块化独立悬架车桥技术有一定积极意义。

参数冻结精细指数积分法在非线性车桥耦合振动分析中的应用

描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该方法结合了精细积分和指数积分特点,并将时变系数矩阵在每一积分步参数冻结,用于获得系统振动响应的数值解.考虑汽车轮胎与桥面的力和位移耦合关系、桥面沥青铺装层、桥梁材料黏弹性和几何非线性特性,建立了车桥耦合动力学模型,并应用参数冻结精细指数积分法对该模型进行了求解.通过与近似解析解、辛Runge-Kutta算法以及经典的Newmark-β数值积分法计算结果进行对比,验证了所提出方法计算结果的有效性和准确性.在此基础上,制作了缩尺车桥耦合系统模型,测试了跨中挠度响应,进一步验证了理论建模和所提算法的有效性和实用性.通过数值计算分析了所提算法的数值特性,结果表明:提出的参数冻结精细指数积分法不仅可以处理时变、非线性问题,且具有良好的数值计算精度和长时间数值稳定性;由于精细积分的特点,参数冻结精细指数积分法的计算时间步长可以取的较大,可有效提高计算效率.因此,所提出的参数冻结精细指数积分法预期可成为求解车桥耦合动力学问题的一种新的高效算法.

基于单辆通行车激励的车桥耦合理论梁式桥阻尼比识别研究

提出一种在单辆通行车激励的情况下,基于车桥耦合理论识别桥梁阻尼比的方法.首先,将集成化检测车设计为单自由度体系,利用集成在检测车上的传感器采集信号并滤波获取桥梁一阶响应信号,通过相邻峰值点做比值并取平均得到桥梁一阶阻尼比,理论推导出检测车停靠在桥面任一位置均可识别出桥梁一阶阻尼比.其次,考虑通行车车速、检测车停靠位置、环境噪音、桥梁阻尼比和通行车阻尼对识别结果的影响,通过数值模拟验证该方法的有效性,并与工程上经典的随机子空间法和文献方法进行对比.最后,在梁式桥实桥试验进行初步验证,说明本文方法的工程适用性.研究结果表明:所提方法对检测车在桥面上的停靠位置没有具体要求,避免了路面粗糙度对阻尼比识别结果的影响,通行车的阻尼和车速在一定范围内对阻尼比识别无明显影响,并且在信噪比30 dB以上可识别出桥梁一阶阻尼比,具有较好的鲁棒性,操作简单且不需要封桥,可有效促推在实际工程中进行桥梁一阶阻尼比识别.

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。

基于车桥耦合理论的斜拉桥拉索动力冲击系数及影响因素分析

为了分析车辆荷载对斜拉桥拉索产生的冲击效应,以国内某在役斜拉桥和某型五轴重车作为研究对象,通过有限元方法分析不同工况下的拉索动力响应和冲击系数,将计算结果与国家现行规范进行比较,提出了拉索动力冲击系数的建议值。仿真案例考虑了车速(50~120 km/h)、路面等级(光滑、A级、B级、C级)以及车辆横向位置对结果的影响。研究结果表明:经有限元分析出的拉索动力冲击系数大于现行规范中的取值;随着路面等级的增加,冲击系数越大;边缘车道上车辆产生的冲击效应大于中间车道的冲击效应;车速变化对不同位置处的拉索动力冲击系数影响并不相同;在相同工况下,短拉索的动力冲击系数较大。研究发现路面等级是影响拉索动力冲击系数的主要因素,因此建议根据路面等级对冲击系数进行取值,具体建议值为:光滑路面取0.08,A级路面取0.15,B级路面取0.25,C级路面取0.40。

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明:车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。

考虑车桥耦合及环境腐蚀的铁路钢桥疲劳分析

耐候钢通过改变合金元素以在其表面形成致密保护性防锈层因而具备良好的耐大气腐蚀性能,因此其在免涂装使用中为带锈工作,应用于公路和铁路桥梁中时可能存在腐蚀和疲劳耦合损伤问题。基于潍莱铁路线一座全焊接免涂装耐候钢桥开展列车动力作用下的关键构件和焊接节点疲劳损伤分析,并进行考虑腐蚀劣化影响下的疲劳寿命评估。基于列车-轨道-桥梁耦合系统模型研究在高速列车动力荷载下桥梁主桁关键构件动力响应并得到结构中最不利构件位置,分析关键构件在列车通行振动效应下的疲劳损伤度;结合考虑局部节点板精细化的多尺度耦合有限元模型,考虑轨道不平顺和列车运行速度的影响,得到桥梁节点板在不同速度下的疲劳损伤度;考虑环境腐蚀对桥梁疲劳寿命的影响,结合桥梁列车年运营量进行腐蚀环境下桥梁关键杆件和节点的疲劳使用寿命评估。研究结果表明:铁路钢桁梁桥在列车动力作用下不同构件的疲劳损伤不同,刚度较小以及应力响应影响线较短的构件疲劳损伤度更大,其中疲劳损伤度由大到小依次为节点横梁、腹杆、下弦杆、上弦杆。轨道不平顺和列车运行速度对桥梁节点板应力响应最大值影响并不显著,列车运行速度为120 km/h时与所分析桥梁共振更明显。环境腐蚀会降低铁路桥梁疲劳寿命,且对桥梁不同构件寿命影响程度不同。研究成果可为同类型铁路钢桁梁桥在腐蚀环境下的疲劳寿命评估和设计提供参考。

跨座式单轨车桥时频分布特征与桥梁频率间接识别研究

基于多体动力学与小波时频分析理论建立跨座式单轨的车桥动力响应时频分析体系,并通过缩尺模型试验对该系统准确性进行验证,从而研究跨座式单轨车桥的时频谱分布特征与桥梁频率间接识别方法。研究表明:(1)建立的车桥数值模型具有较好的准确性,能够很好地模拟实际情况;(2)小波分析对桥梁横向、竖向低阶频率识别效果显著,尤其对横、竖向基频识别准确率很高;(3)低车速下横向频率辨识良好,高车速下竖向频率识别更显著,而不平顺主要影响竖向频率。研究结果表明,通过对车辆加速度进行低通滤波分析,可间接获取桥梁的基频信息,这些结果证明了多体动力学与小波时频分析的有效性,能够用于跨座式单轨车桥的动力响应分析;此外,对桥梁频率间接识别的研究,有助于工程实践中更好理解跨座式单轨车桥的性能和安全性。

曲线钢-混组合箱梁桥车桥耦合振动及支座受力研究

曲线钢-混组合箱梁桥已经建设较多,在设计中因对其车桥耦合振动认识有限,相关支座反力因弯扭耦合效应引起的变化情况等尚未很好解决。基于ABAQUS有限元软件,利用傅里叶级数描述车辆平、竖曲线运动,实现了曲线梁桥车桥耦合振动的数值分析,并基于既有试验和理论成果验证了方法的准确性。以某4跨曲线钢-混组合箱梁桥为例,分析了车辆在内、外侧车道以不同速度行驶及超高条件下对桥梁支座反力的影响。结果表明:当车辆沿着曲线梁桥内侧或外侧车道行驶时,另一侧箱梁的外支座会出现脱空的现象。车速对支座峰值反力的影响较小,但可以通过较低的车速减轻支座脱空。超高对支座反力的影响较小,车辆沿着内侧车道行驶时,缓解了外侧箱梁部分支座脱空;沿着外侧车道行驶时,加重了内侧箱梁支座脱空。

车桥耦合系统结构初始变形伪惯性力模型研究

以往车桥耦合动力分析中不考虑结构初始变形与轨道不平顺两者的差异。研究将高速铁路轨道-桥梁结构初始变形与轨道不平顺分开考虑,提出伪惯性力结构初始变形影响分析新模型,采用经典的Hertz弹簧-质量车辆模型,理论推导了车桥动力方程及轮轨力解析式,以高速铁路简支梁为对象,通过MATLAB自编程序,系统开展了车速及接触刚度影响分析。研究表明:整体上,轮轨力响应较车体加速度、桥梁位移响应对初始变形更敏感,Hertz弹簧刚度对轮轨力的影响要大于车速的影响;将初始变形作为附加轨道不平顺线性叠加模型受Hertz弹簧刚度影响大,伪惯性力模型受车速影响大;线性叠加模型高估了结构初始变形对车桥系统动力响应的影响。该研究可为我国即将到来的高速列车-轨道-桥梁系统大批量运维养护潮,提供更精细准确的模拟方法。

风屏障透风率对T型梁桥车桥耦合振动的影响

为探究强风环境下,风屏障透风率对重载铁路桥车桥耦合振动的影响,依据弹性系统总势能不变值原理,建立风荷载作用下车桥耦合振动方程,计算横风作用下,列车通过安装了不同透风率风屏障的T型梁桥时车桥的气动三分力系数和车桥振动响应。研究结果表明:随着风屏障透风率的增大,列车阻力系数增大,桥梁阻力系数减小;桥梁竖向位移对风屏障透风率的变化不敏感,桥梁横向位移随风屏障透风率的增大而小幅增大;机车的脱轨系数和轮重减载率随着风屏障透风率的增加而增加;风屏障透风率为30%时重车横向摇摆力最小,风屏障透风率为20%时空车横向摇摆力最小。

SAE1527汽车车桥用无缝钢管的研制实践

SAE1527汽车车桥用无缝钢管的研制可以提升汽车车桥用无缝钢管制造质量。基于此,将SAE1527汽车车桥用无缝钢管作为研究对象,参考相关文献,整合具体理论内容,设计汽车车桥用无缝钢管生产工艺,严格控制原材料质量,提升生产工艺中电炉、精炼、连铸、轧制等环节的监管水平,在力学性能、热处理性能、外观与尺寸合格率等方面,均达到SAE1527汽车车桥用无缝钢管制造标准。

河北恒昇:车桥行业创新者

河北恒昇的发展走的是一条“高速路”。为提高产品市场占有率,该公司实施了一系列高、快、新的发展战略,在国内最早生产出气盘式制动车桥,在国际最先研发出第四代矿用车辆全盘式制动器。2023年被工信部认定为专精特新“小巨人”企业。

高端车桥用水性双组分环氧底面合一涂料的制备与研究

研制了一种高端车桥用水性双组分环氧底面合一涂料,研究了主要成膜物、防锈颜料、流变助剂和消泡剂对涂料性能和施工性的影响。结果表明,环氧乳液选用AQUAER-3015和3EE102W复配,按照3:1复配,固化剂选用硬度高、耐水好的AQUAEPO-3126,n(环氧)∶n(活泼氢)=1∶0.8,防锈颜料选择GA-4、WJ1711和APW-Ⅱ复配,流变助剂选择DeuRheo WT-102、HM-30S、Bentone LT和SCM-198复配,质量比为3∶3∶3∶5,消泡剂选择HOS 401W、HOS 420和HOS 402W复配,质量比为1∶2∶3时,该水性双组分环氧底面合一涂料的性能最优,可以适用现场施工工艺条件。

基于车桥耦合振动的双层六线铁路桥梁疲劳性能评估

为探究双层六线铁路列车-桥梁系统耦合振动的空间效应,通过数值方法实现了车桥耦合振动的仿真计算,确定了空间影响规律及全桥最不利杆件位置,并应用于疲劳损伤评估.结合实际列车开行频率建立车桥系统仿真模型,获取桥梁变幅应力时程,并基于Miner线性损伤累积理论与S-N曲线进行疲劳损伤分析.结果表明:空间行车工况下车桥动力响应满足规范要求;相较于平面行车,空间行车时车辆动力响应增大,且动车组比货物列车增幅更明显,动车组安全性指标的空间-偏载系数达到3.808;空间行车对桥梁的横向位移影响严重,影响系数达到1.546;空间行车时桥梁各关键杆件的疲劳损伤指数出现不同程度的增幅,最高可达48.21%;桥梁服役期间主桁最不利杆件连接细节处疲劳损伤度为0.509.

基于车桥接触点响应和盲源分离的桥梁模态识别

针对基于车辆响应的间接测量法进行桥梁模态识别时,桥面不平度的影响难以滤除、高阶模态识别准确率较低等问题,提出一种基于盲源分离算法来分离车桥接触点响应信号中的桥面不平度效应与桥梁振动响应,进而实现桥梁模态识别的方法.首先,详细阐述了应用二阶盲识别(Second Order Blind Identification,SOBI)算法,以两组车桥接触点加速度响应信号作为输入信号,进而获取桥梁振动估计信号的原理和方法.然后,采用信号带通滤波和Hilbert变换并结合支点数据延拓的振型修正策略,建立了基于车辆响应的桥梁模态识别技术流程和框架.最后,依托数值算例对所提出方法的适用性和有效性进行了验证,并分析了车辆间距、桥面不平度和车辆频率等参数对方法适用性的影响.结果表明,所提出方法能有效滤除桥面不平度的影响,实现桥梁高阶模态的准确识别,且对多种关键因素的影响具有鲁棒性,具有精度高、操作简便和适用性强等特点,可为基于车辆响应的桥梁模态识别提供一种新思路.

车桥锥齿轮加工误差修正方法

针对车桥锥齿轮的齿面几何精度和传动质量难以有效控制问题,本文提出了一种基于一维测头的车桥锥齿轮加工误差数字化修正方法,从数学分析和工程反求角度实现了齿面几何偏差的极小化。通过建立理论设计齿面、实际加工齿面与偏差齿面之间的数学关系,推导出机床加工参数与齿面偏差的映射关系,构建了机床加工修正模型,采用数值迭代逆向求解的方法实现了齿面偏差的极小化。通过某车桥锥齿轮小轮齿面加工误差的修正实验,验证了本文所提基于一维测头的齿轮加工误差修正方法的正确性和实用性。实验结果表明:经过修正后,小轮凸面和凹面加工误差的最大偏差分别从0.1349 mm降低至-0.0127 mm,从0.2411 mm降低至0.0316 mm,小轮齿面的总体偏差趋势得到了有效的降低。

基于车桥耦合振动的公路梁桥行车舒适性分析

鉴于梁式桥行车舒适性差的特点,为探究过桥车辆在公路梁桥行驶过程中的乘坐舒适性,以一座梁式桥为分析对象,基于车桥耦合振动理论,进一步建立车桥耦合振动微分方程。采用自编车桥耦合MATLAB程序计算车辆座椅加速度,以国际标准ISO2631-1的加速度均方根值评价方法对司乘人员乘坐舒适性进行评价,分析车辆类型、乘坐位置、车重、桥面不平顺、车速等因素对车辆乘坐舒适性的影响。结果表明:不同的车辆类型,小汽车的行车舒适性优于货车和公交车;多排座椅的两轴公交车,前排座椅的乘坐舒适性比后排座椅的乘坐舒适性好且座椅距离车辆质心位置越远,乘坐舒适性就越好;不同乘客处于同排位置,站立乘客的舒适性要比座椅乘客的舒适性差;车辆乘坐舒适性对桥面路况等级很敏感,其随桥面路况的恶化而迅速降低;不同的车重,车辆乘坐舒适性随车重的增加而提高;车辆行驶速度对乘坐舒适性有一定的影响,但影响较小,为提高乘坐舒适性,建议对梁式桥的行驶车辆采取限速措施。