大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路新黄河特大桥156m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。从桥梁结构的桥门架、宽跨比、曲线钢桁梁桥和车辆系统的轨道不平顺以及货车编组角度出发,研究大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的影响因素。经过计算分析得出:钢桁梁桥桥门架对桥梁跨中加速度影响较大;曲线钢桁梁桥随着线路半径的增大,各车辆动力响应参数逐渐变小,轮轨力受到影响;钢桁梁桥宽跨比的增加使得横向刚度随之增加,桥梁横向振动变小;各项车辆动力响应均随着轨道情况变差而总体呈现逐渐增大趋势,车辆安全性、舒适性和平稳性指标逐渐变差;全列空车编组和空重混编对钢桁梁车-桥耦合系统是不利的编组形式,实际情况中应该避免。     

铁路大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动研究

桥梁作为线路工程中不可或缺的重要枢纽,对列车通过桥梁时,桥梁和车辆之间相互作用的问题迫切需要做出解答,特别是针对铁路钢桁梁,并考虑大跨度简支特性的车-桥耦合振动问题研究更具有一定的理论与实际意义。以黄韩侯铁路新黄河特大桥156 m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析,实现单个机车、编组客车和编组货车以设计时速通过桥梁时对大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的研究。经过计算分析得出:大跨度钢桁梁桥的横向刚度相对较小;不同编组情况以设计时速通过桥梁时,车辆和桥梁的各项动力响应参数均在规范允许的范围之内;编组货车通过桥梁时,桥梁跨中横向、竖向加速度较之其他编组情况要大。     

新型U型梁车桥耦合环境振动实测与分析

为探讨城市轨道交通U型梁车桥系统车桥耦合振动对周边环境的影响,采用线性化轮轨模型建立了31个自由度的车辆动力学模型。以重庆市轨道交通一号线工程中梁山以西高架区间所采用标准跨径为30m的单线小U结构为对象,采用自编程序和通用对机车车辆过桥时的车桥耦合振动进行了分析,实测了周边地面受到车桥耦合振动的响应,并通过计算与实测结果的对比分析对所建立的理论模型和编制的程序进行了验证,对U梁引起的环境振动进行了评价。结果表明,U型梁具有良好的环境振动控制效果。     

地震作用对轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响

本文分析地震作用对考虑土-结构相互作用的轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响。文中建立了车桥系统考虑土-结构相互作用的三维空间模型，推导了考虑地震作用车桥系统的耦合振动方程，并编制了相应的计算程序。以时速100km的列车通过天津轻轨的一座四跨预应力混凝土连续刚构桥为例，对受天津波和El Centro波地震作用的车桥系统的耦合振动响应进行了仿真分析。结果表明：地震作用下车桥系统的耦合振动响应近似为桥梁地震响应与车桥系统耦合振动响应之和；地震作用对车桥系统横桥向耦合振动响应的影响最大，对竖向耦合振动响应的影响较小，而对顺桥向耦合振动响应的影响甚微；且不同地震波激励的影响程度有所不同。由此得出结论，地震作用与车桥系统的耦合振动存在很大程度的耦合，因此，在对高架桥梁上的轻轨铁路进行车桥耦合振动分析时必须考虑地震作用的影响，以保证列车运行的安全性和稳定性。     

汽车冲击荷载下自行车桥墩的受力变形分析

为了解不同撞击力下厦门市自行车桥钢管混凝土桥墩的受力变形情况,基于美国AASHTO规范设计公式,计算小轿车、轻型汽车、中型汽车和重型汽车分别以40 kN/h、60 kN/h、80 kN/h、100 kN/h和120 kN/h不同撞击速度下对应的20个冲击荷载,并运用SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维模型进行模拟分析,结果表明:桥墩受小轿车和轻型货车冲击荷载作用时桥墩总体仍处于弹性状态;当中型货车以≥100 km/h、重型货车以100 km/h撞击时,桥墩局部进入塑性状态且最大塑性转角分别为0.28×10~(-3) rad和0.64×10~(-3) rad,但整体塑性变形在可控范围内;当重型货车以120 km/h撞击时,桥墩较大范围进入塑性阶段且很可能会直接影响桥梁的正常使用功能。     

考虑约束扭转的斜拉桥车激横向振动分析

利用有限单元法,基于力学原理和几何协调条件,导出了非对称箱型截面梁单元的弯扭耦合刚度矩阵,建立了斜拉桥在车辆荷载作用下的横向动力分析模型。由于考虑了箱梁的约束扭转,该模型能够分析复线或多线铁路桥在偏载作用下的横向振动问题。以桥梁轨道随机不平顺作为激振源,进行了机车过桥的实例分析。计算结果表明,桥梁的车激横向动力响应随车速及轨道不平顺样本的不同而变化,并随桥跨的增加而快速变得显著,车辆偏载对箱梁扭转振动有显著影响,所建立的力学模型是斜拉桥车桥耦合振动分析的实用模型。     

基于车辆响应的连续梁桥振型识别数值模拟及影响参数分析

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥梁振型方法所存在的操作复杂和成本较高等缺点.采用数值模拟的方法,根据车桥耦合振动理论和桥梁振型间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速通过平整桥面时车辆振动加速度时程响...     

大跨连续钢桁拱桥动力系数影响因素研究

以南京大胜关长江大桥为研究对象,建立其车桥耦合动力分析模型,采用逐步积分法求解动力方程,以动力系数作评判标准,讨论行车速度、阻尼比、行车方向、车辆数、吊杆布置方式等参数对动力性能的影响.结果表明:动力系数随行车速度的提高而增大;吊杆索力的动力系数与无应力索长成反比;随着阻尼比的增大,各构件动力系数均有所降低;同向行驶时...     

含有瞬态冲击信号的振动测量

土木水利工程结构的惯性绝对振动测量中,瞬态冲击信号测量是一个难点,有时测量信号和真实信号差距甚大。针对土木水利工程结构的瞬态冲击信号的惯性绝对测量,分析得到惯性传感器的瞬态反应是造成瞬态冲击信号测量失真的原因,对传感器的瞬态反应问题进行了讨论。从瞬态冲击信号,尤其是单个脉冲持续时间较长的瞬态冲击信号及测量传感器(指惯性式绝对振动测量传感器)两方面对瞬态冲击信号测量问题进行了分析,指出了长持时瞬态冲击信号测量效果不好主要是因为传感器的通频带带宽不够,尤其是低频带宽不够,总结了加速度、速度及位移瞬态冲击信号测量应注意的一些事项。因为位移信号通常由速度信号积分而来,对积分造成的瞬态信号测量严重失真的问题进行了讨论,并给出了一组对比结果。最后,进行了总结并给出了一些结论。     

近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明：近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1 892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。     

小跨高比带楼板半通缝连梁抗震性能有限元分析

为了缓解联肢剪力墙中小跨高比连梁发生低延性的剪切破坏,增强连梁的变形和耗能能力,可在单连梁中轴线位置设置半通缝并配置交叉斜筋,形成半通缝连梁。本文完成了的对7种连梁的模拟,分析了在小跨高比、低周反复荷载作用条件下不同类型带楼板连梁的承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力以及不同跨高比、不同开缝位置对带楼板半通缝连梁抗震性能的影响。结果表明:楼板会使半通缝连梁的剪压比增大,延性下降;但相比于普通连梁和双连梁,半通缝连梁具有较好的变形能力和承载力,可在实际中推广。     

防撞梁在超高车辆撞击铁路桥梁中的防撞性能研究

作为交通运输工程中不可或缺的一部分,铁路桥梁在生命线及基础设施系统中发挥着重要的作用,一旦被超高车辆撞击,将会造成难以估计的生命及财产损失。提出4个不同配置（横梁、支撑）防撞梁,作为一种缓冲机制安装于桥梁可能发生撞击的主梁底部区域,并通过1:5缩尺模型对防撞梁的防撞性能及工作原理进行研究,并提出基于数值模拟的简化分析方法,实验结果表明:4个防撞梁对于降低桥梁在冲击荷载下的动力响应均有很好效果,能够有效降低桥梁结构在冲击荷载下的动力响应,塑性变形折减至50%,变形能力较好的防撞梁防撞性能更好,此外,基于数值模拟的简化分析方法是有效的。     

Computational simulation of slab vibration and horizontal‐vertical coupling in a full‐scale test bed subjected to 3D shaking at E‐Defense

This paper focuses on slab vibration and a horizontal‐vertical coupling effect observed in a full‐scale 5‐story moment frame test bed building in 2 configurations: isolated with a hybrid combination of lead‐rubber bearings and cross‐linear (rolling) bearings, and fixed at the base. Median peak slab vibrations were amplified—relative to the peak vertical shake table accelerations—by factors ranging from 2 at the second floor to 7 at the roof, and horizontal floor accelerations were significantly amplified during 3D (combined horizontal and vertical) motions compared with 2D (horizontal only) motions of comparable input intensity. The experimentally observed slab accelerations and the horizontal‐vertical coupling effect were simulated through a 3D model of the specimen using standard software and modeling assumptions. The floor system was modeled with frame elements for beams/girders and shell elements for floor slabs; the insertion point method with end joint offsets was used to represent the floor system composite behavior, and floor mass was finely distributed through element discretization. The coupling behavior was partially attributed to the asymmetry of the building that was intensified by asymmetrically configured supplemental mass at the roof. Horizontal‐vertical coupled modes were identified through modal analysis and verified with evaluation of floor spectral peaks.     

钢筋混凝土空心桥墩的振动台试验研究

为研究空心桥墩的抗震性能及影响参数,对9个不同配筋率、配箍率和轴压比的试件进行振动台试验。研究了不同性能量化参数对破坏现象、加速度响应、动力放大系数、延性和耗能等的影响。结果表明:轴压比和配筋率较小时,裂缝开展较多且位置距墩底相对偏高。增大配筋率,加速度响应、动力放大系数和位移延性系数增大,耗能减小;轴压比的影响与配筋率相反。增大配箍率,加速度响应和动力放大系数减小,位移延性系数和试件耗能增大。可为矩形空心桥墩的抗震设计提供参考。     

Ambient vibration based seismic evaluation of isolated Gülburnu highway bridge

This paper describes ambient vibration based seismic evaluation procedure of an isolated highway bridge. The procedure includes finite element modeling, ambient vibration testing, finite element model updating and time history analysis. Gülburnu Highway Bridge located on the Giresun–Espiye state highway is selected as a case study. Three dimensional finite element model of the bridge is created by SAP2000 software to determine the dynamic characteristics analytically. Since input force is not measured, Operational Modal Analysis is applied to identify dynamic characteristics. Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification methods are used to obtain experimental dynamic characteristics. Analytical and experimental dynamic characteristic are compared with each other and finite element model of the bridge is updated by changing of material properties to reduce the differences between the results. Analytical model of the bridge after model updating is analyzed using 1992 Erzincan earthquake record to determine the seismic behavior. EW, NS and UP components of the ground motion are applied to the bridge at the longitudinal, transverse and vertical directions, respectively. It is demonstrated that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of highway bridges. Maximum differences between the natural frequencies are reduced averagely from 9% to 2% by model updating. It is seen from the earthquake analyses that friction pendulum isolators are very effective in reducing the displacements and internal forces.     

行波效应对桥梁不同振动控制方法减震效果的影响分析

给出了地震行波输入下大跨度桥梁的主动、半主动和被动控制分析方法,并对1座4跨连续刚构桥梁进行了行波输入下地震反应计算,分析了8种振动控制情况下纵桥向和横桥向地震反应的减震效果。结果表明,行波效应会明显降低该连续刚构桥梁8种振动控制方法的纵桥向地震反应减震效果,最大开关控制算法对纵桥向的减震效果相对最好;最大阻尼力被动控制和最大开关控制算法对横桥向的减震效果相对最好,采用该2种控制方法时行波效应对横桥向总体减震效果影响不大。     

基于随机振动理论确定桥梁地震碰撞的临界间隙

确定梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙,对于梁桥地震碰撞危险性预测及防地震碰撞措施的设计有着显著意义。本文基于随机振动理论建立梁桥地震碰撞邻跨临界间隙的计算方法,分析模型采用跨径不等的两跨简支梁桥,且考虑隔震支座非线性恢复力的影响。文中首先建立了系统的非线性运动方程;随后运用随机等效线性化理论将其线性化;最后在复模态空间推导了临界碰撞间隙的均值与方差的计算方法。人工地震动的非线性时程分析结果验证了本文算法的正确性。参数分析表明,临界间隙随邻跨长度比增大而增大,随支座屈服力与上部结构重量比值减小而增大,随隔震支座屈服位移增大而增大,随桥墩振动周期增大而增大。隔震支座屈服前后刚度比值对临界间隙大小影响很小。