基于車橋耦合振動的鐵路簡支梁橋動力分析

以某鐵路曲線連續(xù)梁橋方案為例,討論了大跨度鐵路曲線梁橋的車橋耦合振動。在對曲線梁橋車橋耦合振動的分析中,建立了具有35個自由度的鐵路車輛曲線通過模型動力方程和曲線梁的動力模型及其動力方程;應(yīng)用了一種基于激勵非線性振動的數(shù)值方法算法,并在windows9x／2000／xp工作環(huán)境下利用powerstation和visualc++完成了計算程序的編制,取得了較好的計算結(jié)果。分析中將車輛和曲線連續(xù)梁橋分為兩個由非線性輪軌接觸力所聯(lián)系的振動子系統(tǒng),通過迭代法進(jìn)行求解,軌道不平順采用在給定軌道條件下的人工模擬不平順,在分析過程中計入了不同車速對曲線通過的車輛及曲線連續(xù)梁橋振動的影響。

以鋼桁梁橋自由振動的模態(tài)和正則坐標(biāo)作為橋跨結(jié)構(gòu)振動的位移函數(shù),將列車-鋼桁梁橋作為一個系統(tǒng),計算正則坐標(biāo)下鋼桁梁橋及車輛的總勢能.基于彈性系統(tǒng)的總勢能值不變原理及形成矩陣的對號入座法則,建立了車橋時變系統(tǒng)在正則坐標(biāo)下的振動方程,有效減少了車橋振動的自由度和計算工作量.以某鐵路為例,計算了連續(xù)鋼桁梁橋車橋系統(tǒng)的振動響應(yīng),并用模態(tài)法和非模態(tài)法進(jìn)行對比,最小誤差為0.16%.

為研究列車通過橋面上設(shè)置多線鐵路的大跨度鋼桁梁橋所激發(fā)的車橋耦合振動的規(guī)律，以某兩聯(lián)2×84m連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)檠芯勘尘?，將列車視為多剛體動力系統(tǒng)，用空間有限元對橋梁進(jìn)行離散建模，并將列車、橋梁視為聯(lián)合動力體系，建立列車與多線鋼桁梁橋的車橋耦合動力模型，計算分析列車通過該橋時的橋梁動力響應(yīng)和列車走行性。研究結(jié)果表明：當(dāng)ice3高速客車、c62普通貨物列車混合編組通過橋梁時，橋梁和車輛的動力響應(yīng)比單線客車通過橋梁時明顯偏大；列車在各種組合工況下通過橋梁時，列車走行性能得到滿足，橋梁動力性能良好。

鐵路簡支梁橋在曲線上的布置

為了評估高速鐵路上多線鐵路橋梁列車運(yùn)行安全性與舒適性,以渝黔鐵路白沙沱大橋?yàn)槔?采用多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件simpack建立了crh3動車和拖車三維空間動力學(xué)模型,并通過simpack的子結(jié)構(gòu)技術(shù)將動車和拖車組裝成列車動力學(xué)模型;采用有限元軟件ansys建立了橋梁的動力分析模型,計算其自振特性.根據(jù)列車和橋梁子系統(tǒng)之間的變形協(xié)調(diào)條件和力平衡條件,在輪軌接觸面的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行位移和力的數(shù)據(jù)傳遞,基于simpack與ansys相結(jié)合的聯(lián)合仿真方法首次進(jìn)行多線車橋耦合振動仿真,分析了橋梁動力學(xué)指標(biāo)及列車安全性指標(biāo)和舒適性指標(biāo),探索了多線車橋耦合振動的一般規(guī)律和對列車安全性與舒適性的影響程度.研究結(jié)果表明:(1)三線列車共同作用下,與單線單獨(dú)行車時對應(yīng)動車和拖車的車輛安全性指標(biāo)(脫軌系數(shù)、輪重減載率及輪軌橫向力)幾乎完全一致;車輛舒適性指標(biāo)(車體豎向加速度、車體橫向加速度、豎向舒適度指標(biāo)及橫向舒適度指標(biāo))中除個別豎向加速度約10%外,其余指標(biāo)都在1%以內(nèi),表明由于橋梁剛度較大,橋梁振動對列車動力學(xué)指標(biāo)的影響很小,單線和多線對應(yīng)動力學(xué)指標(biāo)非常接近,可近似采用單線單獨(dú)行車時車輛動力學(xué)指標(biāo)推測多線同時行車的對應(yīng)指標(biāo).(2)三線列車共同作用下橋梁主跨跨中豎向位移比單線疊加位移略大,相差1%以內(nèi),豎向位移影響系數(shù)在1.001~1.006之間;三線列車共同作用下橋梁主跨跨中橫向位移與單線代數(shù)疊加位移相近,相差±10%以內(nèi),主跨跨中橫向位移影響系數(shù)在1.000左右,可以近似采用單線疊加的豎向位移和橫向位移推測三線列車共同作用下的豎向位移和橫向位移.(3)三線列車共同作用下橋梁主跨跨中豎向加速度絕對值比單線代數(shù)疊加后的絕對值小,影響系數(shù)在0.636~0.771之間,可參照單線代數(shù)疊加的橋梁豎向加速度保守評定橋梁的豎向加速度;三線列車共同作用下的主跨跨中橫向加速度絕對值比單線行車橫向加速度絕對值中的最大值小,可參照單線橫向加速度絕對值的最大值保守評定橋梁橫向加速度.

以某鐵路曲線多跨簡支梁橋?yàn)槔?討論了考慮樁土作用的鐵路曲線梁橋車橋耦合振動.在對曲線梁橋車橋耦合振動的分析中,建立了具有35個自由度的鐵路車輛曲線通過模型和動力方程,建立了曲線梁的動力模型及其動力方程;建立了一種基于激勵非線性振動的數(shù)值方法,并在windows9x/2000/xp工作環(huán)境下利用powerstation和visualc++完成了計算程序的編制,取得了較好的計算結(jié)果.分析中將曲線通過的車輛和曲線梁橋分為兩個由非線性輪軌接觸力所聯(lián)系的振動子系統(tǒng),通過迭代法進(jìn)行求解這兩個子系統(tǒng);軌道不平順采用在給定軌道條件下的人工模擬不平順,在分析過程中計入了不同車速對曲線通過的車輛及曲線連續(xù)梁橋振動的影響,得到一些有益的結(jié)論.

本文采用3-d全車模型和模態(tài)坐標(biāo)法,以路面豎向不平順為激勵源,建立車-橋耦合振動微分方程,用runge-kutta法求解,據(jù)此思路用matlab編制車-橋耦合振動的計算程序,并進(jìn)行了frp橋面板鋼梁橋的振動分析,模擬結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果對比符合較好,表明該方法正確有效,可用于分析各種車橋耦合振動問題。

研究目的:近年來,為滿足人們對交通運(yùn)輸?shù)男枨?高速鐵路工程事業(yè)正蓬勃發(fā)展,相應(yīng)的高速鐵路抗震問題也引起越來越多的學(xué)者們的關(guān)注。但是,一般的減隔震裝置難以滿足高速鐵路地震時行車安全性的嚴(yán)格要求。基于此,本文針對罕遇地震作用下的高速鐵路簡支梁橋提出一種新型減隔震系統(tǒng),并對新型減隔震系統(tǒng)的動力設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,使其更好地服務(wù)于高速鐵路橋梁。研究結(jié)論:(1)在lrb性能參數(shù)的可行域內(nèi)能夠獲得滿足本文分析模型約束條件的最優(yōu)解,因此優(yōu)化設(shè)計提高了新型減隔震系統(tǒng)的控制效果,可降低生產(chǎn)成本;(2)新型減隔震系統(tǒng)對強(qiáng)震下高速鐵路簡支梁橋地震響應(yīng)具有良好的控制效果,新型減隔震系統(tǒng)可在減少梁端縱向位移、保證橋墩不屈服的基礎(chǔ)上,使橋墩底部的彎矩最小化;(3)在高速鐵路簡支梁橋的減隔震設(shè)計中,梁端縱向位移和橋墩剪力是主要約束條件,對新型減隔震系統(tǒng)性能參數(shù)最優(yōu)解的選取起著重要作用;(4)利用sqp算法求解本文建立的優(yōu)化設(shè)計模型,最優(yōu)解收斂迅速且穩(wěn)定;(5)該研究結(jié)論可為減隔震技術(shù)在高速鐵路簡支橋梁中的設(shè)計和應(yīng)用提供全新的思路與手段。

收稿日期:2006-12- 基金項(xiàng)目:江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(550012) 作者簡介:桂水榮(1979-),女,江西九江人,華東交通大學(xué)碩士研究生,主要從事車橋耦合振動響應(yīng)的研究 文章編號:1005-0523(2007)01-0035-05 移動荷載下簡支梁橋3種車橋耦合模型研究 桂水榮,陳水生,許士強(qiáng) (華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,江西南昌330013) 摘要:依據(jù)振動理論和歐拉-貝努利梁假設(shè),推導(dǎo)了簡支梁在移動車輪加簧上質(zhì)量模型、四分之一車模型和二分之一車模型3 種不同車輛模型與橋梁系統(tǒng)豎向振動微分方程.采用模態(tài)疊加的離散化方法,將偏微分方程轉(zhuǎn)化為變系數(shù)常微分方程,并將 微分方程數(shù)值積分的runge-kuntta方法引入到該時變系統(tǒng)的振動響應(yīng)中來.結(jié)果表明,3種車輛模型都可

結(jié)合國際上橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的延性抗震理論,我國鐵路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范也納入了延性抗震設(shè)計的理念,針對鐵路橋墩的特點(diǎn)進(jìn)行一些延性設(shè)計分析。

基于有限元的曲線連續(xù)梁橋車橋耦合振動分析——考慮車橋耦合振動計算了汽車通過曲線連續(xù)梁橋時車輛和橋梁的振動。把車輛和曲線連續(xù)梁橋視作兩個分離子體系，分別應(yīng)用廣義虛功原理和有限元法推導(dǎo)了兩者的各自振動方程組，通過位移協(xié)調(diào)方程及車橋相互作用聯(lián)系方程...

運(yùn)用結(jié)構(gòu)最優(yōu)化理論建立了考慮地震時車輛運(yùn)行安全性的鐵路簡支梁橋減隔震體系優(yōu)化設(shè)計模型,采用ansys中的一階優(yōu)化方法,在優(yōu)化過程中考慮結(jié)構(gòu)rayleigh阻尼系數(shù)的變化對減隔震體系的影響及土和基礎(chǔ)的相互作用,實(shí)現(xiàn)了對鉛芯橡膠支座動力設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。通過計算分析,得出了鉛芯橡膠支座動力參數(shù)對橋梁地震響應(yīng)的影響規(guī)律:在應(yīng)用lrb對不同場地條件下的鐵路簡支梁橋進(jìn)行減隔震設(shè)計時,屈服后剛度與屈服前剛度比α對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有重要影響。因此,可以采用改變屈服后剛度與屈服前剛度比α的簡化設(shè)計方法,滿足橋梁地震響應(yīng)的要求。為了提高系統(tǒng)的優(yōu)化效率,在進(jìn)行減隔震支座優(yōu)化時,行車安全性的約束可以在優(yōu)化過程外考慮,即在支座參數(shù)優(yōu)化解確定后,再進(jìn)行車輛地震輸入譜密度強(qiáng)度si值的驗(yàn)算。

第43卷第6期 2010年6月 天津大學(xué)學(xué)報 journaloftianjinuniversity vol.43no.6 jun.2010 收稿日期：2009-06-26；修回日期：2009-08-31. 作者簡介：施穎（1963—），男，教授級高級工程師，博士研究生． 通訊作者：孫慧，bighui2000@sina.com. ▋ 基于ansys的公路復(fù)雜橋梁車橋耦合動力分析方法 施穎 1,2 ，宋一凡 1 ，孫慧 3 ，周新平 4 (1.長安大學(xué)公路學(xué)院，西安710064；2.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州310014； 3.天津大學(xué)管理學(xué)院，天津300072；4.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，西安710075) 摘要：針對復(fù)雜橋梁的車橋耦合振動數(shù)值分析，提出了采用既有有限元通用分析軟件

當(dāng)車輛以一定速度通過橋梁時,使橋產(chǎn)生振動、沖擊等動力效應(yīng)。而橋梁的振動又反過來影響車輛的振動。這種相互作用、相互影響的問題,就是車輛與橋梁之間的振動耦合問題。為了準(zhǔn)確分析車橋之間的相互作用,通過建立車輪加彈簧—阻尼器—簧上質(zhì)量簡支梁的動力分析模型,模擬車輛變速過橋,根據(jù)模態(tài)綜合法給出了車橋系統(tǒng)動力平衡方程。

以某鐵路不同墩高的8跨簡支梁橋?yàn)槔?基于大型有限元分析程序sap2000,分別建立了各跨簡支梁橋的未隔震模型及采用e型鋼阻尼支座進(jìn)行減隔震的計算模型。采用了七條實(shí)際地震波作為激勵進(jìn)行了動力時程響應(yīng)計算并進(jìn)行統(tǒng)計對比分析。分析結(jié)果表明,對于不同墩高的橋墩,e型鋼阻尼支座的隔震效果隨著橋墩高度的增大,墩底彎矩和墩底剪力的隔震率逐漸減小;采用相同參數(shù)的e型鋼阻尼支座時,不同高度的橋墩隔震效果有明顯差異,因此在工程設(shè)計中,針對不同高度的橋墩應(yīng)采用不同參數(shù)的e型鋼阻尼支座,以達(dá)到優(yōu)化的減隔震效果。

大跨度提籃拱橋車橋耦合振動分析——大跨度提籃拱橋車橋耦合振動分析目前國內(nèi)外規(guī)范對橋梁設(shè)計關(guān)于橋梁剛度限值的規(guī)定只適用于單跨和多跨簡支梁等小跨度常規(guī)橋梁,特殊結(jié)構(gòu)橋梁都超出了目前我國各種規(guī)范和暫規(guī)所能涵蓋的范圍。提出了列車、大跨度提籃拱橋空間...

移動荷載作用下橋梁的車橋耦合振動分析——文章基于euler-bernoulli梁理論，推導(dǎo)了車橋耦合相互作用的動力方程，得出了考慮車一橋相互作用時的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣以及剛度矩陣。以ansys為平臺，采用apdl語言編制了相關(guān)程序，對其進(jìn)行仿真計算。結(jié)果表明，文章的...

大跨度鐵路斜拉橋在車輛通過時,可能發(fā)生較大的變形,致使結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)變得顯著。針對大跨度斜拉橋的幾何非線性特征及鐵路橋的特點(diǎn),建立了結(jié)構(gòu)空間動力分析模型。以廣西紅水河鐵路斜拉橋和主跨300米雙線鐵路斜拉橋方案為例,模擬機(jī)車過橋的全過程,計算了斜拉橋的車橋耦合振動響應(yīng),分析了各種因素對橋梁動力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,對于大跨度鐵路斜拉橋,非線性分析結(jié)果與線性分析結(jié)果相比,具有明顯差別。在大跨度鐵路斜拉橋車橋耦合振動分析中,考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)是必要的。

車橋耦合系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析 3－142 車橋耦合系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析 張志超，趙巖，林家浩 （大連理工大學(xué)工程力學(xué)系工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116024） 摘要：本文研究了車橋耦合系統(tǒng)受軌道高低不平順激勵而產(chǎn)生的垂向非平穩(wěn)隨機(jī)振動。車輛采用具有 兩系懸掛10個自由度的四輪模型，橋梁采用bernoulli-euler梁單元有限元模型。將軌道高低不平 順假設(shè)為均勻調(diào)制演變隨機(jī)過程，并考慮車輪間的相位差，采用虛擬激勵法(pem)將軌道不平度精確 地轉(zhuǎn)化為一系列垂向簡諧不平度的疊加，大大簡化了運(yùn)動方程的求解。在此基礎(chǔ)上采用能夠更真實(shí)地 模擬車輛作用力在時間域和空間域上連續(xù)變化的精細(xì)積分法(pim)來進(jìn)行數(shù)值積分計算。最后通過兩 個算例給出了耦合系統(tǒng)響應(yīng)統(tǒng)計值變化的時程曲線，分析了車輛運(yùn)行速度和軌道不平順對于系統(tǒng)隨機(jī) 響應(yīng)的影響。數(shù)值計算表明

結(jié)合寶成線受巨亭水電站蓄水影響的路基改橋工程,選取4種典型地震波作為輸入地震動,對設(shè)置了摩擦擺減隔震支座的3×16m簡支梁橋的抗震性能進(jìn)行了計算分析。計算結(jié)果表明:采用減隔震支座后,地震作用下的支座水平力、蓋梁位移及橋墩彎矩均大幅減小;支座縱向位移小于設(shè)計梁端縫寬度;橫向防落梁裝置與梁體的橫向間隙可按15mm預(yù)留;支座限滑螺栓剪斷力可按支座設(shè)計豎向承載力的10%考慮。

雙鏈?zhǔn)綉宜鳂蜍嚇蝰詈险駝友芯俊捎脝蝹€移動質(zhì)量一彈簧一阻尼模型模擬車輛，應(yīng)用達(dá)朗貝爾原理和位移協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)出車橋耦合振動的運(yùn)動方程．考慮幾何非線性及橋面不平度因素，就車輛沿橋縱軸向中心行駛和偏心行駛2種工況，探討單個移動車輛荷載對雙鏈懸索...

在公路橋梁設(shè)計工作中,要對車橋耦合動力進(jìn)行分析,從而為車輛安全通過橋梁提供保障.但就目前來看,復(fù)雜橋梁車橋耦合動力分析一直是一個難題.基于此,對anysy在公路復(fù)雜橋梁車橋耦合動力分析中的應(yīng)用展開分析,將車輛和復(fù)雜橋梁作為相互分離的體系,分別展開振動分析.研究結(jié)果表明,使用該方法能夠?yàn)閺?fù)雜橋梁的動力分析提供可靠的方法.