基于車橋耦合振動(dòng)的鐵路簡(jiǎn)支梁橋動(dòng)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(dòng)。在對(duì)曲線梁橋車橋耦合振動(dòng)的分析中,建立了具有35個(gè)自由度的鐵路車輛曲線通過模型動(dòng)力方程和曲線梁的動(dòng)力模型及其動(dòng)力方程;應(yīng)用了一種基于激勵(lì)非線性振動(dòng)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(jì)算程序的編制,取得了較好的計(jì)算結(jié)果。分析中將車輛和曲線連續(xù)梁橋分為兩個(gè)由非線性輪軌接觸力所聯(lián)系的振動(dòng)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(jì)入了不同車速對(duì)曲線通過的車輛及曲線連續(xù)梁橋振動(dòng)的影響。

以鋼桁梁橋自由振動(dòng)的模態(tài)和正則坐標(biāo)作為橋跨結(jié)構(gòu)振動(dòng)的位移函數(shù),將列車-鋼桁梁橋作為一個(gè)系統(tǒng),計(jì)算正則坐標(biāo)下鋼桁梁橋及車輛的總勢(shì)能.基于彈性系統(tǒng)的總勢(shì)能值不變?cè)砑靶纬删仃嚨膶?duì)號(hào)入座法則,建立了車橋時(shí)變系統(tǒng)在正則坐標(biāo)下的振動(dòng)方程,有效減少了車橋振動(dòng)的自由度和計(jì)算工作量.以某鐵路為例,計(jì)算了連續(xù)鋼桁梁橋車橋系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng),并用模態(tài)法和非模態(tài)法進(jìn)行對(duì)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(dòng)的規(guī)律，以某兩聯(lián)2×84m連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)檠芯勘尘埃瑢⒘熊囈暈槎鄤傮w動(dòng)力系統(tǒng)，用空間有限元對(duì)橋梁進(jìn)行離散建模，并將列車、橋梁視為聯(lián)合動(dòng)力體系，建立列車與多線鋼桁梁橋的車橋耦合動(dòng)力模型，計(jì)算分析列車通過該橋時(shí)的橋梁動(dòng)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(shí)，橋梁和車輛的動(dòng)力響應(yīng)比單線客車通過橋梁時(shí)明顯偏大；列車在各種組合工況下通過橋梁時(shí)，列車走行性能得到滿足，橋梁動(dòng)力性能良好。

鐵路簡(jiǎn)支梁橋在曲線上的布置

為了評(píng)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(dòng)力學(xué)軟件simpack建立了crh3動(dòng)車和拖車三維空間動(dòng)力學(xué)模型,并通過simpack的子結(jié)構(gòu)技術(shù)將動(dòng)車和拖車組裝成列車動(dòng)力學(xué)模型;采用有限元軟件ansys建立了橋梁的動(dòng)力分析模型,計(jì)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(dòng)仿真,分析了橋梁動(dòng)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(dòng)的一般規(guī)律和對(duì)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(shí)對(duì)應(yīng)動(dòng)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(gè)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(dòng)對(duì)列車動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的影響很小,單線和多線對(duì)應(yīng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)非常接近,可近似采用單線單獨(dú)行車時(shí)車輛動(dòng)力學(xué)指標(biāo)推測(cè)多線同時(shí)行車的對(duì)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(cè)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(duì)值比單線代數(shù)疊加后的絕對(duì)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(píng)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(duì)值比單線行車橫向加速度絕對(duì)值中的最大值小,可參照單線橫向加速度絕對(duì)值的最大值保守評(píng)定橋梁橫向加速度.

以某鐵路曲線多跨簡(jiǎn)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(dòng).在對(duì)曲線梁橋車橋耦合振動(dòng)的分析中,建立了具有35個(gè)自由度的鐵路車輛曲線通過模型和動(dòng)力方程,建立了曲線梁的動(dòng)力模型及其動(dòng)力方程;建立了一種基于激勵(lì)非線性振動(dòng)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(jì)算程序的編制,取得了較好的計(jì)算結(jié)果.分析中將曲線通過的車輛和曲線梁橋分為兩個(gè)由非線性輪軌接觸力所聯(lián)系的振動(dòng)子系統(tǒng),通過迭代法進(jìn)行求解這兩個(gè)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(jì)入了不同車速對(duì)曲線通過的車輛及曲線連續(xù)梁橋振動(dòng)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(lì)源,建立車-橋耦合振動(dòng)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(dòng)的計(jì)算程序,并進(jìn)行了frp橋面板鋼梁橋的振動(dòng)分析,模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)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(dòng)問題。

研究目的:近年來,為滿足人們對(duì)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(shí)行車安全性的嚴(yán)格要求。基于此,本文針對(duì)罕遇地震作用下的高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋提出一種新型減隔震系統(tǒng),并對(duì)新型減隔震系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),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(jì)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(duì)強(qiáng)震下高速鐵路簡(jiǎn)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(jiǎn)支梁橋的減隔震設(shè)計(jì)中,梁端縱向位移和橋墩剪力是主要約束條件,對(duì)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(jì)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(jiǎn)支橋梁中的設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(dòng)響應(yīng)的研究 文章編號(hào):1005-0523(2007)01-0035-05 移動(dòng)荷載下簡(jiǎn)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(dòng)理論和歐拉-貝努利梁假設(shè),推導(dǎo)了簡(jiǎn)支梁在移動(dòng)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(dòng)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(shí)變系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)中來.結(jié)果表明,3種車輛模型都可

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

基于有限元的曲線連續(xù)梁橋車橋耦合振動(dòng)分析——考慮車橋耦合振動(dòng)計(jì)算了汽車通過曲線連續(xù)梁橋時(shí)車輛和橋梁的振動(dòng)。把車輛和曲線連續(xù)梁橋視作兩個(gè)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(dòng)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(shí)車輛運(yùn)行安全性的鐵路簡(jiǎn)支梁橋減隔震體系優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)鉛芯橡膠支座動(dòng)力設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過計(jì)算分析,得出了鉛芯橡膠支座動(dòng)力參數(shù)對(duì)橋梁地震響應(yīng)的影響規(guī)律:在應(yīng)用lrb對(duì)不同場(chǎng)地條件下的鐵路簡(jiǎn)支梁橋進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí),屈服后剛度與屈服前剛度比α對(duì)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)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(shí),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(bào) journaloftianjinuniversity vol.43no.6 jun.2010 收稿日期：2009-06-26；修回日期：2009-08-31. 作者簡(jiǎn)介：施穎（1963—），男，教授級(jí)高級(jí)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(dòng)力分析方法 施穎 1,2 ，宋一凡 1 ，孫慧 3 ，周新平 4 (1.長(zhǎng)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(jì)研究院有限公司，西安710075) 摘要：針對(duì)復(fù)雜橋梁的車橋耦合振動(dòng)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(shí),使橋產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊等動(dòng)力效應(yīng)。而橋梁的振動(dòng)又反過來影響車輛的振動(dòng)。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(dòng)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(jiǎn)支梁的動(dòng)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(dòng)力平衡方程。

以某鐵路不同墩高的8跨簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jì)算模型。采用了七條實(shí)際地震波作為激勵(lì)進(jìn)行了動(dòng)力時(shí)程響應(yīng)計(jì)算并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析。分析結(jié)果表明,對(duì)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(shí),不同高度的橋墩隔震效果有明顯差異,因此在工程設(shè)計(jì)中,針對(duì)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(dòng)分析——大跨度提籃拱橋車橋耦合振動(dòng)分析目前國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)關(guān)于橋梁剛度限值的規(guī)定只適用于單跨和多跨簡(jiǎn)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(guó)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(dòng)荷載作用下橋梁的車橋耦合振動(dòng)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(dòng)力方程，得出了考慮車一橋相互作用時(shí)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣以及剛度矩陣。以ansys為平臺(tái)，采用apdl語言編制了相關(guān)程序，對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明，文章的...

大跨度鐵路斜拉橋在車輛通過時(shí),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(duì)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(dòng)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(jì)算了斜拉橋的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng),分析了各種因素對(duì)橋梁動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,對(duì)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(dòng)分析中,考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)是必要的。

以限制超重車通過的主要橋梁種類——鐵路簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔?以超重車通過橋梁時(shí)的運(yùn)行活載系數(shù)必須小于橋梁的檢定承載系數(shù)為基本條件,通過調(diào)整裝載方案、優(yōu)化車輛編組及限制車輛運(yùn)行速度3種運(yùn)輸組織措施,降低超重車的運(yùn)行活載系數(shù),分析各種運(yùn)輸組織措施應(yīng)滿足的要求并推導(dǎo)相關(guān)的計(jì)算公式。提出鐵路超重車安全通過簡(jiǎn)支梁橋的運(yùn)輸條件:在滿足裝載基本技術(shù)條件的前提下,合理選擇車輛并盡量減少貨物重心的偏移,以降低超重程度;當(dāng)超重車的長(zhǎng)度小于橋梁跨度時(shí),應(yīng)使用隔離車將超重車與超重車或機(jī)車隔離;隔離車應(yīng)選用軸距大、軸重小的車輛,并在超重車前后加掛同等數(shù)量的隔離車;應(yīng)限制車輛運(yùn)行速度,而且超重車重心的橫向偏移量和縱向偏移量必須滿足相關(guān)要求;若調(diào)整裝載方案、優(yōu)化車輛編組和限制車輛運(yùn)行速度等運(yùn)輸組織措施均不能保證超重車安全通過橋梁,則應(yīng)采取加固橋梁等其他方法。

以公路混凝土梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象,分析了結(jié)構(gòu)損傷及損傷演化的車輛作用下橋梁動(dòng)力的工作性能,提出考慮結(jié)構(gòu)損傷的車橋耦合振動(dòng)多尺度分析方法,探討了該情況下橋梁動(dòng)力行為的作用機(jī)理和影響規(guī)律。

鐵路曲線梁橋的動(dòng)力特性和車致振動(dòng)分析是評(píng)判列車行車安全的關(guān)鍵,確定列車的行駛速度的主要方法。以擬建的某鐵路貨運(yùn)專線曲線橋梁為例,對(duì)全橋的動(dòng)力特性進(jìn)行了分析,并運(yùn)用專業(yè)的車橋耦合振動(dòng)程序完成了車輛-橋梁耦合振動(dòng)的數(shù)值分析,評(píng)價(jià)了該橋梁的動(dòng)力特性,給出了適合橋梁動(dòng)力特性的合理行車速度。

本文對(duì)t形簡(jiǎn)支梁橋支座進(jìn)行受力計(jì)算分析,對(duì)施工方案的編制要點(diǎn),要求進(jìn)行研究,為施工提供可操作的技術(shù)保證,也為同類工程提供借鑒。