跨度鐵路斜拉橋車橋耦合振動非線性分析

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為例,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.

大跨度斜拉橋的非線性分析

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%.

將曲線通過車輛和曲線連續(xù)梁橋分為兩個由非線性輪軌接觸力聯(lián)系的振動子系統(tǒng)。運(yùn)用車橋耦合振動理論,建立鐵路車輛曲線通過模型動力方程、曲線梁橋模型及其動力方程?；诩罘蔷€性振動的數(shù)值算法,編制曲線梁橋車橋耦合振動分析軟件vcbid,進(jìn)行一座鐵路曲線連續(xù)梁橋車橋耦合振動響應(yīng)分析。結(jié)果表明:行駛速度對曲線連續(xù)梁橋豎向振幅的影響較大,但曲線連續(xù)梁橋的豎向振幅并不總是隨行駛速度的增加而增加;曲線連續(xù)梁橋的橫向位移隨行駛速度的增大而增大,大致呈線性關(guān)系;車輛的橫向加速度、豎向加速度、脫軌系數(shù)和輪重減輕率均隨車輛行駛速度的增加而增加,且均滿足我國現(xiàn)行規(guī)范的要求。

分別應(yīng)用廣義虛功原理和有限元法建立車輛和橋梁的振動方程,根據(jù)車-橋兩系統(tǒng)之間隨時間變化的接觸點滿足接觸力和位移的協(xié)調(diào)條件,應(yīng)用通用結(jié)構(gòu)分析軟件ansys建立車橋耦合振動響應(yīng)的有限元迭代分析模型,并進(jìn)行數(shù)值求解。以一座公路曲線梁橋為例,分別進(jìn)行了不同車速和是否計入離心力、橋面不平整度等條件下的車橋耦合振動響應(yīng)分析。結(jié)果表明:離心力對橋梁豎向動態(tài)響應(yīng)影響不大,但使橋梁扭轉(zhuǎn)角動態(tài)響應(yīng)加劇;隨著車輛速度的增加,振動響應(yīng)波動的幅值越來越大,頻率越來越低,周期變長;橋面不平整度對橋梁的車橋耦合振動影響很大,分析中應(yīng)予以考慮。

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32m簡支梁橋為例,使用有限元軟件simpack和ansys分別建立chr動車模型和32m簡支梁橋模型,進(jìn)行兩款軟件的聯(lián)合仿真,研究列車的通過速度和簡支梁橋的剛度對橋梁動力響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:列車通過速度對橋梁跨中的豎向位移及豎向加速度影響比較大,跨中的豎向位移和豎向加速度均隨列車通過速度的增大而增大,列車通過速度對橋梁跨中的橫向位移和橫向加速度影響較小;橋梁剛度對跨中的豎向位移、豎向加速度、橫向位移和橫向加速度的影響比較小,工程中在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增大橋梁剛度對提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性意義不大;該計算方法可用于車橋耦合振動分析,計算結(jié)果可為高速鐵路橋梁建設(shè)提供依據(jù)。

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運(yùn)用車輛-線路-橋梁耦合振動理論,建立相對完善的車輛-線路-橋梁耦合動力學(xué)模型。以某座主跨為1120m的懸索橋方案為工程背景,對該方案在ice3列車以速度160～300km/h作用下橋梁、軌道和車輛的動力性能進(jìn)行分析,并對主纜和吊索在不同索力下橋梁和車輛的動力響應(yīng)進(jìn)行對比研究。

大跨度斜拉橋的幾何非線性分析123

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大跨度斜拉橋地震響應(yīng)非線性時程分析——以有限元分析理論為基礎(chǔ)，結(jié)合某大跨度斜拉橋工程實例，利用ansys軟件建立有限元模型，通過修正后的e1centro波分別考慮橫向、豎向及縱向輸入，采用時程分析方法對其進(jìn)行地震反應(yīng)分析。計算分析表明：考慮幾何非線性后，...

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大跨度混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)非線性分析 胡利平 目錄 第一章綜述 1引言 2非線性問題的分類 2.1邊界條件非線性 2.2材料非線性 2.3幾何非線性 3大跨度混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)分析中的非線性問題 第二章大跨度混凝土斜拉橋收縮徐變效應(yīng)分析 1引言 2徐變的概念與特性 2.1徐變 2.1.1徐變變形的特性及其影響因素 2.1.2徐變機(jī)理 2.2收縮 2.2.1影響混凝土收縮的因素 2.2.2混凝土收縮機(jī)理 2.3混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響 3收縮徐變的計算理論 3.1徐變計算理論 3.1.1老化理論 3.1.2先天理論 3.1.3混合理論 3.2徐變系數(shù)的數(shù)學(xué)模式 3.2.1ceb-fip（1978）和中國《橋規(guī)》（jtj023-89）表達(dá)式 3.2.2美國混凝土協(xié)會209委員會1982年報告建議（aci209） 3.2.3ce

以有限元分析理論為基礎(chǔ),結(jié)合某大跨度斜拉橋工程實例,利用ansys軟件建立有限元模型,通過修正后的elcentro波分別考慮橫向、豎向及縱向輸入,采用時程分析方法對其進(jìn)行地震反應(yīng)分析。計算分析表明:考慮幾何非線性后,結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移響應(yīng)明顯增大,且對主梁和索塔內(nèi)力與位移的影響程度及規(guī)律也不盡相同,須區(qū)別對待分析。同時表明該橋抗震性能良好,地震荷載不控制設(shè)計。由此得出結(jié)論,對于斜拉橋這類柔性體系,不可忽視結(jié)構(gòu)幾何非線性的影響。

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不同跨度斜拉橋變形的幾何非線性效應(yīng)分析——以三座不同跨度斜拉橋為工程背景，按線性、只考慮斜拉索垂度的部分幾何非線性和完全幾何非線性三種模式計算了結(jié)構(gòu)施工全過程的效應(yīng)，主要分析了懸臂施工過程中起吊和拉索兩個控制工況的幾何非線性效應(yīng)，結(jié)果表明：對...

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超大跨度斜拉橋活載幾何非線性分析

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)鋼桁梁橋為研究背景，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。

大跨度斜拉橋非線性靜風(fēng)穩(wěn)定性分析

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)分析國家重點實驗室，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