第13卷 第4期2000年10月
中 国 公 路 学 报
Ch ina Journal of H ighw ay and T ranspo rt
V o l 113 N o 14O ct .2000
文章编号:100127372(2000)0420037205
收稿日期:1999205201
基金项目:国家留学基金项目(199925003233)
作者简介:王元丰(19652),男,黑龙江嫩江人,北方交通大学副教授,工学博士后.
桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究
王元丰1,许士杰2
(11北方交通大学土建学院,北京 100044;21中国铁道出版社,北京 100054)
摘 要:结合公路桥梁的特点,视桥梁与车辆为一个相互作用的整体系统,以模拟桥梁在汽车通过时的空间动态响应。在分析中,桥梁的自振特性先由有限元法得到;车辆采用三维汽车模型,统一列出车桥系统的动力方程。将桥梁的自振模态代入系统,减少桥梁的自由度,采用N ewm ark 2Β逐步积分法求解系统方程。由于并不特别限定具体的桥梁形式和构造,可以考虑多车道、多车辆、不同的车速以及不同的车辆参数,车辆模型具有标准化的特点,因此本方法具有一定的实用性和通用性。算例表明本文方法可靠,精度较高。
关键词:公路桥梁;自振特性;车桥振动;模态综合法中图分类号:U 441.2 文献标识码:A
Study of dynam ic respon se of h ighway -br idge w ith veh icles
W AN G Yuan 2feng 1,XU Sh i 2jie
2
(1.Co llege of C ivil Engineering ,N o rthern J iao tong U n iversity ,Beijing 100044,Ch ina ;
2.Ch ina R ail w ay Pub lish ing Hou se ,Beijing 100054,Ch ina )
Abstract :O n the basis of the characteristics of h ighw ay 2b ridge ,regarding the b ridge and veh icles as a w ho le system ,th is p ap er sets up an effective m ethod to analyze the arch 2b ridge’s dynam ic respon se under m oving veh icles loads .T h is m ethod derives the govern ing equati on s of b ridge 2veh icle system w ith th ree 2di m en si onal au tom ob ile m ethod and sp atial freedom s of b ridge ,so lving the govern ing equati on s by N ewm ark 2Βm ethod after reducing the b ridge’s freedom s w ith its m ode 2shap es w h ich are ob tained by FE M .A s there is no sp ecial restricti on fo r the b ridge structu re and the au tom ob ile m ode is standardized ,the p ropo sed m ethod can con sider the case w ith differen t b ridge structu res and au tom ob ile m odes .T he num erical exam p les show s that th is m ethod is reliab le and has h igh p recisi on .
Key words :h ighw ay b ridge ;free vib rati on ;b ridge 2veh icle dynam ic in teracti on ;m ode sup erpo siti on
随着国民经济的不断发展,中国客运与货运的交通量显著增长,公路桥梁上行使的车辆轴重不断加重,车辆数不断增加,车辆密度也随之提高。与此相应,许多新建桥梁往往出于景观和设计上的需要,以及高强材料的应用,往往设计得较为细长和柔软,钢管混凝土拱桥就是其中的一种。
多年来,人们一直对于移动荷载作用下桥梁与车辆的动态响应十分关注,从古典的弹簧质点体系
到现代车桥相互作用理论,已经进行了不少研究[1,2]。文献[3]提出了一个较为综合的模型来模拟桥梁与汽车共同作用组成的系统,把桥梁结构理想化为二维的格排梁,但在应用于不同的桥梁结构形式时有一定的局限性。笔者基于模态综合法的原理,建立一种综合的模型来模拟车辆过桥的动态响应,可以讨论多辆车、不同车辆参数以及不同车速通过桥梁时的情况。
1 三维汽车模型
对于行驶在桥上的汽车,将其简化为由车体、支悬装置、车轴和轮胎组成。其中多叶片式弹簧的支悬装置模拟为线性弹簧和阻尼器;轮胎模拟为弹簧和阻尼器,其质量集中在车轴上,视为其下带有弹簧的点状从动点。根据研究的需要,常见汽车可划分为两轴,三轴和四轴等不同种类。每个车体可有竖向位移、纵向摇摆和横向摇摆三个自由度,每个轮对(包括车轴和轮胎)
有竖向位移和横向摇摆两个自由度,这样两轴汽车有七个自由度,三轴汽车有九个自由度,依次类推,有利于编程的标准化。由多辆汽车与桥梁共同组成一个系统,可以有不同的车辆参数,不同的车速,不同的初始位置,同向或对向行驶在单车道或多车道上。图1为一两轴汽车模型。
图1 两轴车辆模型
2 理论分析
211 车辆三维模型方程
假设共有n l 车道,第l 车道有N V (l )辆车,第
(l ,i )车共有N W (l ,i )个轮对,其中i 对应第i 辆车,第j 个轮对,记k =1,2,分别对应左右轮。这样,对于第(l ,i )车,可写出能量表达式
K li =015M li Z α2i +015J Υli Υα2li +015J Ηi Ηα2li +
015
∑
N w i
j =1
(m ij Z α2ij +J ij Ηα2ij )(1)
P li =015
∑N W (l ,i )
j =1
∑2
k =1
(Z
li
-Z lij +Γlij f lij
Υli -
015Γk b lij Ηli +015Γk b lij Ηlij )2
k slij +015
∑N W (l ,i )
j =1
∑2
k =1
(Z
lij
-015Γk a lij Ηlij -Z lijk )2
k tlij (2)
R li =015
∑N W (l ,i )
j =1
∑2
k =1
(Z αli
-Z α
lij +Γlij f
lij
Υαli -
015Γk b lij Ηαli +015Γk b lij Ηαlij )2c slij +015
∑N W (l ,i )
j =1
∑2
k =1
(Z αlij
-015Γk a lij Ηαlij -Z αlijk )2
c tlij (3)
式(1)～(3)分别为第(1,i )车对应的动能表达式、弹
簧势能表达式和阻尼消耗的能量表达式。将上面列出的各项能量表达式,代入拉格朗日方程
d d t 5K 5q k -5K 5q k +5P 5q k +5R
5q αk
=0
(4)
并以车体和轮对各自由度分别代替q k ,可导出
车体竖向振动、纵摆振动和横摆振动方程,对应于每个轮对可导出竖向和横摆振动方程。这样,对应于第(l ,i )车的振动方程组可由下式简化表示
M v M a v βa β+K v K a v αa
α+C v
C a
v a
=
f v f
a
(5)
212 桥梁结构模型和车—桥联系方程
实际的桥梁结构十分复杂,往往需要划分成百
上千个单元才能较准确把握桥梁的振动性能。把如此多的自由度列入车桥求解方程是非常困难的,当考虑不同单元时,甚至是无法解决的。此外,对于不同的桥梁要写出不同的桥梁方程,其局限性是较明显的。应用本文方法并不限定桥梁形式和具体构造,对于任何桥梁形式均可由通用程序得到其自振特性,从而应用本文方法加以研究。
对桥梁结构进行离散,由振型分解可得到的各
阶振型的模态方程。注意到各阶振型是按广义质量等于1规格化的。因此,对应于第n 阶振型的模态方程可表述为
q βn +2Νn Ξn q αn +Ξ2n q n =F n (6)式中:Νn 为第n 阶振型阻尼比;Ξn 为第n 阶振型的
频率。通过上述变换把具有数目众多自由度的桥梁结构振动,转化为用广义坐标和对应振型来表现。F n 为车辆通过轮对传递给桥梁的力向量。单个轮子施加在桥面上的作用力可表示为
P lijk =c tlij (Z αlij -015Γk a lij Ηαlij -Z αlijk )+k tlij (Z lij -015Γk a lij Ηlij -
Z lijk )+W lijk
(7)
式中:Z lijk =w lijk +g lijk ,为车轮作用处的竖向位移,
包括两部分,由于车辆作用引起的位移w ijk 和桥面
不平整位移g ijk ;Z αlijk 、Z βlijk 分别为对应车轮的速度和
加速度;W lijk 为每个轮子分配到的自重。由于各轮在桥上位置不同,它们作于桥跨的力之作用点也不相同,不能把各轮简单相加。应由下式表示
Z lijk =w lijk
+g lijk =
∑N q
n =1q n
5
n
(lijk )+g lijk Z α
lijk =w
αlijk +g αlijk =
∑N q
n =1
q αn
5
n
(lijk )+g αlijk
(8)
式中:5n (lijk )为对应的第n 阶振型函数值。而轮子的位移可以用广义坐标的线性组合来表示。故轮对
83 中 国 公 路 学 报 2000年
的运动方程由桥面和轮对的变位关系联系起来,称上式为车—桥联系方程。对应于第n 阶振型方程的右端力表示为
F n =
∑N V (l )i =1∑N W (l ,i )
j =1
∑2
k =1
5
n
(lijk )c tlij (Z αlij -015Γk a lij Ηαlij -
∑N q
m =1q αm
5
m
(ijk )-g αijk )+k tlij (Z lij -015Γk a lij Ηlij -∑N q
m =1
q
m
5m (ijk )-g ijk )+W ijk
(9)
由于用有限元程序得到的振型向量是离散的,而车辆是在连续不断地前进。当力不作用在节点上时,振型函数值是由轮所在位置临近的节点振型插值得到的。
213 车辆振动方程组的数值模拟
由于上面推导得到的车桥体系动力平衡方程组,是一个时变的非线性方程组,其系数无法用单一的函数表示,笔者采用N ewm ark 2Β逐步积分法求解。将整个振动时程划分为许多个时间间隔?t ,按短时间增量计算响应,在每个时间间隔的起点和终点建立动力平衡条件。通过一系列的代换,将联立的车—桥体系振动方程组转化为一组代数方程组,可以用任意一种求解联立方程组的方法求解。
3 程序和算例
311 程序
由于车辆在桥梁上移动,其位置不断变化,因此车桥体系动力相互作用方程组为一非线性的时变系统,依据如上分析编制了计算程序。该程序在输入数据文件时,稍作处理可模拟多种情况。
(1)定义车体和轮对质量、惯量、弹簧刚度和阻尼为零,而只输入轮子重量可模拟竖向集中力通过桥梁时的响应;
(2)分别定义支承弹簧和支承阻尼为零或者定义轮胎弹簧和轮胎刚度为零,质量和转动惯量作相应处理可模拟一系弹簧阻尼系统;
(3)输入多个车列、多车辆、不同车速和不同车辆参数可模拟复杂的情况等等。312 算例
31211 弹簧质量系统通过简支梁[4]
梁参数:跨度为L =25mm ,弹性模量E b =218
GPa ,泊松比u =012,绕横轴抵抗矩I x =2190m 4
,单
位长度质量m =2303kg m ;悬挂质量参数:悬挂质量M w =5750kg ,悬挂刚度k w =1595kN m ,移动速度v =100km h 。简支梁基频Ξ1=3102rad s ,弹
簧质量系统振动频率Ξm =1166rad s 。计算中取简
支梁前6阶振型。图2为计算采用模型,图3为简支梁在弹簧质量系统通过时,跨中节点的竖向位移时程曲线
。
图2
计算模型
图3 移动荷载作用下跨中节点竖向挠度时程曲线
从图3可以看出,本文程序的计算结果与文献
[4]的结果完全一致。
31212 移动荷载通过简支板梁
简支板梁参数:长50m ,宽4m ,两端铰支。弹
性模量E =315×104M Pa ,单位体积质量M =2500kg 。通过有限元计算可以得到此板的基频Ξ1=2113rad s 。图4
为荷载作用在跨中得到的板梁挠度曲线和相同荷载缓慢通过板梁得到的跨中节点挠度时程曲线。
图4 板梁跨中节点时程曲线和静载挠度曲线
对于简支梁来说,荷载非常缓慢的通过,所得到
的跨中节点竖向挠度时程曲线相当于跨中节点竖向挠度影响线。如果简支梁的截面沿梁长不变,那么跨中节点竖向挠度影响线与荷载作用在跨中得到的静载挠度曲线应该是一致的。由图4可以看出,由本文
93第4期 王元丰,等:桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究
程序计算得到的跨中节点挠度时程曲线与荷载静挠度曲线吻合得很好。
31213 移动弹簧质量列通过简支梁[4]
梁参数:跨度L =20m ,弹性模量E b =29143GPa ,横轴抵抗矩I x =3181m 4
,单位长度质量m =34088kg m ,阻尼比取01025。
荷载列有10个单个荷载,模拟为一系列移动的集中弹簧质量且具有一定规则的排列。其间隔表述为:
←L c → ←L d → … ←L c → ←L d → ←L c → ←L d → ←L c →
其中:L c =18m ,L d =6m ,p 代表集中荷载,p =215kN 为每个轮对分配到的单个荷载,车体质量M v =22000kg ,轮对质量m w =0kg 。弹簧质量列通过桥梁时,
得到响应如图5所示。
图5 简支梁在荷载列及弹簧质量列通过时
的跨中挠度时程曲线
由图5可以看出,在有规则的荷载列作用下跨
中节点挠度的时程曲线呈现一种简谐波的形式,这是与理论分析一致的。曲线的形式与桥梁的跨度、荷载的间距及车速有关。31214 三维汽车通过连续梁
连续梁为某实际工程,跨度60m +100m +60m ,双向四车道。梁体为单箱单室截面,桥面宽1615
m ,桥墩处梁高6m ,支点和跨中梁高3m 。
桥梁自振特性分析中采用板单元,共计1632个单元、1547个节点
。桥梁总体布置和横截面见图6。
图6 桥梁总体布置和横截面
车辆参数:采用三轴载重汽车,车体质量M v =15200kg ,轮对质量M w =1000、1650、1650kg 。部分车辆参数见表1。
表1 汽车参数
车轴
轴重 N
悬挂弹簧刚度 N ?m -1
悬挂弹簧阻尼 N ?(m ?s -1)-1
轮胎刚度 N ?m -1
轮胎阻尼 N
?(m ?s -1)-
1
前轴3900050000010000
10000004000后轴156000
1200000
16000
2300000
16000
笔者采用上述模型,计算了车辆通过桥梁时的多种工况。
由图7和图8可以看出,车辆行驶在外侧车道时跨中位置两侧边缘节点动力响应极为相近,这说明箱梁结构的偏载情况不严重;双车通过得到的响应大致为单车响应的2倍,这说明在这种荷载作用下桥梁的反应是线性的。比较图7、9和图10可以看出桥梁的响应随速度增大有增大的趋势。
图7 车辆以80km h 通过外侧车道时,跨中动力响应
图8 双车并行以80km h 通过时,跨中动力响应
图9 车辆以40km h 通过外侧车道时,跨中动力响应
04 中 国 公 路 学 报 2000年
图10 车辆以20km h 通过外侧车道时,跨中动力响应
4 结 语
笔者建立了车—桥系统动力相互作用模型,推
导耦合方程组,编制程序求解了车辆过桥时车辆与桥梁的动力响应。车—桥模型中,车体考虑竖向振动、纵向摇摆和横向摇摆振动,车轮考虑竖向振动和横摆振动,车辆力学参数取自本身的状态,比较全面地涉及了车辆振动的行为。桥梁模型采用综合模态法,用模态坐标来反映桥梁的振动。由于自振特性的
分析并不限定于桥梁的具体形式和结构;此外从车
辆方面来说,本方法可以考虑多个车道、不同车辆的横向布置、不同车速和不同车辆参数等情况。因此,这种方法具有比较强的适用性,能有效快捷地应用于不同形式、不同跨度桥梁的设计与评价。算例表明,本方法稳定性良好。参考文献:
[1] 李国豪.桥梁结构稳定与振动[M ].北京:中国铁道出
版社,1992.
[2] HUAN G Dong 2zhou ,et al .I mpact studies of m u lti 2
girders concrete b ridges [J ].Jou rnal of Structu ral Engineering A SCE ,1994,122(11):2387—2402.[3] 谭国辉.车辆与桥梁相互作用的系统模拟[J ].土木工
程学报,1996,29(3):34—41.
[4] YAN G Yeong 2b in ,L I N B ing 2houng .V eh icles 2b ridge
in teracti on by dynam ic conden sati on m ethod [J ].Jou rnal of Structu ral Engineering ,1995,123(9):1636—1642.
《交通运输工程学报》创刊启事
经国家新闻出版署和国家科技部批准,由国家教育部主管、长安大学主办、国务院学位委员会交通运输工程学科评议组和西南交通大学共同协办的《交通运输工程学报》将于2001年1月正式创刊,并出版发行。《交通运输工程学报》由两院院士沈志云教授任主编,长安大学校长陈荫三教授任副主编,编委由交通运输领域知名学者和专家组成。
《交通运输工程学报》是交通运输领域高水平的学术理论刊物,是中国交通运输领域学术交流的园地,体现综合交通格局,繁荣大交通科技研究,促进交通运输科技研究和科技成果转化。《交通运输工程学报》为中国交通运输工程学科现代化和国际化服务;为交通运输工程学科建设服务;为发现和培养交通运输领域科技人才服务。
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4第4期 王元丰,等:桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究
车辆动力学 Vehicle dynamics 课程简介 本课程主要讲述轮式车辆动力学的基本理论，内容包括车轮的纵向特性和横向特性，车轮与地面相互作用时的阻力和牵引力；车辆直线行驶时的驱动力和行驶阻力，车辆的加速性和制动性；轮式车辆的转向机理，轮式车辆的转向过渡过程；路面不平度的统计特性，描述车辆行驶振动的传递函数和状态空间方法，车辆被动悬架、半主动悬架和主动悬架的数学模型和计算机仿真；多自由度汽车行驶的动力学问题。 本课程是车辆工程硕士研究生必修课程。 教学大纲 第一部分大纲说明 1.课程名称：车辆动力学 2.课程代码：010******* 3.课程类型：学位课 4.开课时间：春（或秋） 5.总学时数及学分：32学时，2学分 6.开课部门：机械与汽车工程学院 7.授课对象：硕士研究生 8.面向学科：机械工程 9.预修课程：机械振动 10.考核方式：考试考查，闭卷考试70%，平时成绩30% 11.主讲教师：蔡仁华 13. 教材及教学参考资料： 教材： 米奇克、瓦伦托维兹著，陈萌三等译汽车动力学（第四版）清华大学出版社2009年王良曦、王红岩车辆动力学国防工业出版社 2008年版
参考资料： 张克健.车辆地面动力学.国防出版社.2002年版 RANDOM VIBRA TION,S.H.Carandall,Editor,The M.I.T.Press,1963 第二部分教学内容和教学要求 第一章车辆-地面相互作用力学 主要讲述车轮与地面间相互作用力学。 1.1 车轮-地面力学 1.1.1 轮胎的垂直特性 1.1.2 车轮的纵向特性 1.1.3 车轮的横向特性 1.2 车轮阻力 1.2.1 滚动阻力 1.2.2 穿水阻力 1.2.3 轴承摩擦，残余制动力矩 1.2.4车轮其他阻力 1.2.5总的车轮阻力 第二章车辆直线行驶力学 主要讲述车辆直线行驶力学，还叙述了牵引特性计算步骤，以及机械传动、液力传动车辆的加速性能计算方法。轮式车辆制动性相关的内容在本章的最后进行了介绍。 2.1 车辆的驱动力和行驶阻力 2.1.1 车辆的驱动力 2.1.2 车辆空气动力学 2.1.3 车辆的行驶阻力 2.1.4 车辆行驶条件 2.2 车辆直线行驶牵引计算 2.2.1 动力装置特性 2.2.2 车辆的牵引特性 2.2.3 牵引计算步骤 2.3 机械传动车辆的加速性能 2.3.1 发动机稳态运行时车辆的加速性 2.3.2 发动机非稳态运行时车辆的加速性 2.4 安装液力传动车辆的直线行驶牵引计算 2.4.1 液力传动车辆特点 2.4.2 液力变矩器的原始特性 2.4.3 液力变矩器与发动机共同工作特性 2.4.4 综合式液力传动车辆牵引计算 2.4.5 综合式液力传动车辆的加速性能 2.5 车辆的制动性能
汽车系统动力学的发展现状 仲鲁泉 2014020326 摘要：汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有汽车在垂直和横向两个方面的动力学内容。介绍车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点介绍了受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学和操纵动力学内容。本文主要讲述的是通过对轮胎和悬架的系统动力学研究，来探究汽车系统动力学的发展现状。 关键词：轮胎；悬架；系统动力学;现状 0 前言 汽车系统动力学是讨论动态系统的数学模型和响应的学科。它是把汽车看做一个动态系统，对其进行研究，讨论数学模型和响应。是研究汽车的力与其汽车运动之间的相互关系，找出汽车的主要性能的内在联系，提出汽车设计参数选取的原则和依据。 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可以追溯到100年前。事实上，知道20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester、美国的Olley、法国的Broulhiet开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。在过去的70多年中，车辆动力学在理论和实际应用方面也都取得了很多成就。在新车型的设计开发中，汽车制造商不仅依靠功能强大的计算机软件，更重要的是具有丰富测试经验和高超主观评价技能的工程师队伍。 在随后的20年中，车辆动力学的进展甚微。进入20世纪50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。随后有关行驶动力学的进一步发展，是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。人们对车辆动力学理解的进程中，理论和试验两方面因素均发挥了作用。随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。计算机及应用软件的开发，使建模的复杂程度不断提高。
车辆动力学概述 回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。 1.历史发展 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。 2.研究内容 严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。 纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。 3.车辆特性和设计方法
汽车系统动力学的发展和现状 摘要：近年来，随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出越来越高的要求，这些要求的实现都与汽车系统动力学相关。汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容。本文通过对汽车系统动力学的的介绍，对这一新兴学科的发展和现状做一阐述。 关键字：汽车系统动力学动力学响应发展历史 Summary：In recent years, with the rapid development of automobile industry, people on the vehicle comfort, reliability and safety are also put forward higher requirements, to achieve these requirements are related to vehicle system dynamics.Vehicle system dynamics is the study of all related to the movement of the car system discipline, it involves the scope is broad, in addition to the effects of dynamic response of vehicle longitudinal motion and its subsystems, and vehicles to and dynamic content crosswise two aspects in the vertical.Based on the vehicle system dynamics is introduced, the development and status of this emerging discipline to do elaborate. Keywords：Dynamics of vehicle system dynamics Dynamic response Development history 0 引言 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可以追溯到100年前。事实上，知道20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester、美国的Olley、法国的Broulhiet开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。 在随后的20年中，车辆动力学的进展甚微。进入20世纪50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。随后有关行驶动力学的进一步发展，是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。人们对车辆动力学理解的进程中，理论和试验两方面因素均发挥了作用。随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。计算机及应用软件的开发，使建模的复杂程度不断提高。在过去的70多年中，车辆动力学在理论和实际应用方面也都取得了很多成就。在新车型的设计开发中，汽车制造商不仅依靠功能强大的计算机软件，更重要的是具有丰富测试经验和高超主观评价技能的工程师队伍。 传统的车辆动力学研究都是针对被动元件的设计而言，而采用主动控制来改变车辆动态性能的理念，则为车辆动力学开辟了一个崭新的研究领域。在车辆系统动力学研究中，采用“人—车—路”大闭环的概念应该是未来的发展趋势。作为驾驶者，人既起着控
第24卷 第5期2011年9月 中 国 公 路 学 报 China Journal of H ighw ay and T ransport V ol.24 No.5 Sept.2011 文章编号:1001-7372(2011)05-0026-06 收稿日期:2010-10-24 基金项目:交通运输部科技项目(2011319812020);教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT 1050); 陕西省自然科学基础研究计划重点项目(2010JZ009);中央高校基本科研业务费专项资金项目(CH D2010JC002) 作者简介:裴建中(1976-),男,山西五台人,副教授,工学博士,E -mail:jianzh on gpei@https://www.doczj.com/doc/c89047170.html, 。 多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性 裴建中1 ,吴 浩2 ,陈 勇3 ,王秉纲 1 (1.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安 710064; 2.河南省交通运输厅, 河南郑州 450052; 3.西安市政设计研究院有限公司,陕西西安 710068) 摘要:为分析多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性,通过现场调查建立了不同轴型作用下沥青路面的三维有限元模型,分别研究了单后轴、双后轴及三后轴轴载均匀分布、三后轴车轴载不均匀分布及三后轴车前轴悬空条件下对路面的影响。结果表明:多轴车轴距大于3m 时,各轴对路面的作用相互独立,轴数的增加对路面竖向位移产生叠加作用,对路表最大剪应力及压应力影响不明显;三后轴车中轴对路面竖向位移作用最大,较前轴及后轴分别增大23.7%和18.2%,中轴及后轴对路表剪应力有一定影响,而各轴对路表最大压应力基本没有影响。研究结果显示多轴车轴载不均匀分布对路面破坏会产生较大影响。 关键词:道路工程;沥青路面;数值计算;移动荷载;动态响应;有限元模型中图分类号:U416.01 文献标志码:A Dynamic Response Characteristics of Asphalt Pavement Under Mult-i axle Moving Load PEI Jian -zho ng 1,WU H ao 2,CH EN Yong 3,WANG Bing -g ang 1 (1.K ey L abo rato ry for Special Ar ea Highw ay Engineering of M inistry of Educatio n,Chang p an U niversit y,X i p an 710064,Shaanx i,China; 2.Depa rtment of T r anspor t of H enan P rov ince,Zheng zho u 450052,Henan,China; 3.Xi p an M unicipal Eng ineering Design &Resear ch Institute Co.,L td.,X i p an 710068,Shaanxi,China) Abstract:In order to analyze dy namic response character istics of asphalt pavement under mult-i ax le moving lo ad,a three -dim ensio nal finite element mo del of asphalt pavement w as established by field investigatio n.T he influences of axle load w ith uniform distribution of sing le rear ax le,dual rear ax les and three rear ax les and the ax le load w ith non -uniform distribution of three rear ax les and the thr ee rear axles vehicles w ith im pending front ax le on pavement w ere studied respectively.Results sho w that the effect of each ax le o n pavement is independent w hen the w heelbase of m ult-i ax le v ehicle is bigg er than 3m.Increase of number of ax le makes the v ertical displacem ent of pav em ent superpose and m akes the max imal shear stress and compressive stress of pavement chang e inconspicuo usly.The influence of the m iddle ax le o f three rear ax les vehicle on the vertical displacem ent of pavem ent is the g reatest w hich increases by 23.7%and 18.2%compar ed w ith those of the front axle and rear ax le respectively.Besides,the middle axle and rear ax le has certain influence on the shear stress o f pavement,but each ax le has almo st no influence on the maximal com pressive stress o f pavement.The research results indicate that the non -
第八届全国振动理论及应用学术会议论文集，上海，2003年11月 移动载荷作用下连续梁的动力响应分析 钟卫洲1, 2，罗景润1，高芳清3，徐友钜1 （1.中国工程物理研究院结构力学研究所，绵阳 621900；2.中国工程物理研究院研究生部，绵阳 621900; 3.西南交通大学振动与强度实验室，成都 610031） 摘要： 本文以磁悬浮交通轮轨接触车桥动力行为研究为背景，把车辆对桥梁的动力作用简化为一个稳态力和一个低频扰动力，把连续钢桥梁简化为伯努力—欧拉梁，建立了车辆过桥的力学模型和振动微分方程，运用模态分析法得到了该微分方程的解析解，分析了连续桥梁频率方程、模态表达式以及低阶模态。援引德国TR06和连续钢梁的参数对不同速度的移动荷载下连续钢梁的动力响应进行计算分析，给出了相应条件下连续梁的动挠度曲线（w-t图和w-x图），并分析了桥梁的动力响应特征。本文的研究为评定桥梁在高速车辆作用下的稳定性和安全性提供了参考。 关键词： 连续梁；模态分析；动力响应；动挠度 Dynamic Response Analysis of Continuous Beam Under Moving Load ZHONG Wei-zhou 1, 2, LUO Jing-run 1, GAO Fang-qing3, XU You-ju 1 (1.Institute of Structural Mechanics of CAEP, Mianyang 621900; 2.Graduated School of CAEP, Mianyang 621900; https://www.doczj.com/doc/c89047170.html,boratory of Vibration and Intensity of SWJTU, Chengdu 610031) Abstract: This paper is based on the background of the study of the dynamic behavior between maglev vehicle and guideway. The moving force exerting on the bridge is simplified as a steady force and a pulsating force with low frequency. The continuous steel beam is taken as Bernoulli-Euler beam, then the corresponding force model and vibrating equation of the bridge is established. The modal analysis method is applied to solve the equation of vibration. Frequency equation, analytical solution of mode of the beam and the lower modes are analysed. By quoting the data of TR06 of German, the dynamic response of continuous beam is obtained under moving vehicle at several typical speeds. The results of this paper can be taken as reference to assess security and stability of a bridge under moving load.
道路在交通荷载作用下的动力响应 摘要：随着我国高速公路里程数逐年增长，交通超载超限现象也越发严重。由于动态荷载的存在，我国现行设计规范在交通荷载设置方面的一些问题也日益突出。通过对比国内外学者在道路动态响应方面的研究，我们可以总结出一种较符合工程实际的数值模拟实现途径，即采用半正弦不均匀移动荷载作用下的荷载-路面-路基接触模型。 关键词：交通荷载；沥青路面；动力响应；有限元模拟 Dynamic response of road under traffic load Abstract: as China's highway mileage increases year by year, traffic overload and overrun phenomenon is also becoming more and more serious. Due to the dynamic load, the current problem of design specification in the traffic load setting also becomes increasingly prominent. By comparising the research of domestic and foreign scholars in road dynamic response ,we can sum up a more practical way in engineering numerical simulation ,that is the load and pavement subgrade contact model under the action of the semi sinusoidal inhomogeneous moving load. Key words: Traffic load; Asphalt pavement; Dynamic response; Finite element simulation 0引言 随着国民经济和公路交通运输业的快速发展，我国高等级公路建设进入了个黄金时期。自1988年第一条高速公路—18.5公里的沪嘉高速公路建成通车以来,我国的高速公路建设每年几乎以成倍数的增长。由新修编的《湖南省高速公路网规划》可知，湖南省“7纵9横”高速交通总布局将有望在近几年实现，届时其总里程也突破8890km。 在高速公路及道路运输事业大发展的背景下，我国道路设计的现行规范在一定程度上已经与公路运输的实际情况不相适应，其中存在的一些问题也将日益突出。表1为我国及其他一些主要国家和地区对道路上行驶车辆的最大车辆总重和轴重的许可值。[1]我国现行《公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)规定公路沥青路面设计是以双轮组单轴载100kN为标准轴载，而在当量轴次换算时，被换算的各级轴载一般采用该车额定载重的轴载。[2]
鲁向辉，周春桂，王志军，张明，段嘉庆 文章编号：１００６－９９４１（２０１３）０５－０６２４－０５ 爆炸载荷下装甲车辆的动态响应分析 鲁向辉１，２ ，周春桂１ ，王志军１ ，张 明１，３ ，段嘉庆 １ （１．中北大学机电工程学院，山西太原０３００５１；２．６２１９５部队，河南灵宝４７２５３３；３．９３１５９部队，辽宁大连１１６０３）摘 要：为研究装甲车辆在爆炸载荷下的动态响应，用ＡＵＴＯＤＹＮ软件对４３４０钢和橡胶构成的装甲车辆模型进行了三维模拟。计算了８７０１炸药不同装药量下的爆炸过程。得到了侧钢板上３个观测点的响应参数：超压、位移、加速度。分析了各观测点的动态响应规律。结果表明，离爆源位置越近或装药量越大，车辆的响应时间越早、节点振荡越激烈、振荡幅值越大、持续时间越短。关键词：爆炸力学；装甲车辆；动态响应；数值模拟中图分类号：ＴＪ４１７；Ｏ３８９文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－９９４１．２０１３．０５．０１３ 收稿日期：２０１３－０３－１２；修回日期：２０１３－０６－１５基金项目：兵科院预研基金 作者简介：鲁向辉（１９８７－），男，硕士研究生，主要从事弹箭动态仿真技术研究。ｅ－ｍａｉｌ：４６１３９５１６３＠ｑｑ．ｃｏｍ １ 引 言 在当前地区性冲突、反恐维和等非对称战争中，装甲车辆面临的主要威胁已不再是敌方直瞄大口径重武器的火力打击，而是战斗人员采用火箭筒、地雷及简易爆炸装置（ＩＥＤＳ） ［１－３］ 等手段对车辆进行近距离、全方 位伏击，造成大量人员伤亡。为提高装甲车辆应对非对称手段攻击的防护性能，国外许多学者都对车辆的动态响应进行研究。ＲｏｌｃＳ等［４－５］ 对斯考特和悍马车 辆在路边炸弹袭击下的动态响应特性进行了研究分 析。ＣｅｎｄｏｎＡ等 ［６］ 基于有限元方法对简化后的车底 结构防雷性能进行了仿真分析。目前国内对该课题的研究还主要是进行试验，耗资巨大，效费比不高。 随着计算机技术的迅速发展，数值模拟 ［７］ 在爆炸 冲击研究中应用广泛，逐渐替代了昂贵危险的实验，并能获得具体而完整的信息。为了更加全面的分析动态响应规律，本研究则利用ＡＵＴＯＤＹＮ０软件对不同装药量炸药爆炸作用装甲车辆的过程进行了仿真模拟。 ２ 仿真计算与方法 ２．１ 计算模型 针对所要研究的问题，结合车辆的实际结构和尺寸大小，建立了８×８轮式装甲车辆和炸药的模型。 车辆长８．０７ｍ、宽３．１７ｍ、高２．９４ｍ，车体钢板厚 ２ｃｍ。炸药为球体，位于车辆侧面１ｍ处。在车辆侧钢板上依据距离爆源由近至远依次等间距设置３个观测点（间距为１．６ｍ），分析时，以３个观测点为代表来分析车辆的的压力响应、加速度响应、位移响应和速度响应。车辆和炸药模型如图１所示，整个计算模型简化为钢、橡胶、炸药和空气四种材质，选用流固耦合算法，单位为：ｍｍ－ｍｇ－ ｍｓ。 ａ．ｆｒｏｎｔｖｉｅｗ ｂ．ｒｉｇｈｔｖｉｅｗ图１ 车辆和炸药的模型图 Ｆｉｇ．１ Ｍｏｄｅｌｄｉａｇｒａｍｏｆｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ２．２ 车辆材料模型 车体材质选用４３４０钢，用Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ模型 Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ状态方程［８］ 来描述其动态响应过程。该模型是一个考虑温度及热软化效应的模型，适合用于模 拟高应变下的材料变形问题，材料参数见表１［８］ ；轮胎材质选用橡胶，橡胶的材料参数选用ＡＵＴＯＤＹＮ软件材料库里自带参数，在计算时进行等效处理。２．３ 炸药材料模型及状态方程 炸药选用倡 ＭＡＴ＿ＨＩＧＨ＿ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ＿ＢＵＲＮ高能炸药材料模型和ＪＷＬ方程。ＪＷＬ状态方程能够精确地描述炸药爆轰驱动过程中爆炸气体产物的压力、体 ４ ２６ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．５，２０１３（６２４－６２８）含能材料ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ－ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｏｒｇ．ｃｎ
桥梁桩基抗震动力特性分析验算 摘要：模拟地震作用下，桥梁的桩土相互作用机理，从而对桩基进行抗震分析与抗震验算。应用有限单元程序MIDAS/Civil与XTRACT软件分别建立有限元模型及桩基的弯矩与曲率关系，模拟地震作用时，桩基的动力特性反应，并检验是否满足设计与规范要求。 关键词：桥梁桩基抗震动力特性 桩基础在公路、铁路和城市桥梁工程建设中被普遍采用。其抗震性能作为桥梁整体结构抗震中最重要的一项，对提高结构抗震性能，减轻震害有着重要的影响。对桩基动态特性进行分析时，考虑桩土相互作用，根据m法对桩基土弹簧进行模拟，得出地震力作用下桩基础的水平力、弯矩以及剪力。另外根据桩基的实际尺寸、配筋以及实际受力等状态拟定出桩基的弯矩与曲率关系图，计算出构件的承载值。从而与地震作用下的荷载对照，对桩基抗震进行精确的分析与验算。 1、工程概述 巢湖市跨后河河口大桥上部结构为（42.5+69.48+42.5）m变截面连续梁，由中间单箱双室梁及两侧单箱单室梁组成。支座采用GXP盆式支座，下部结构桥墩和桩基础采用C30混凝土，普通钢筋采用R235和HRB335钢筋。1号、2号墩桩基长35m，直径1.3m。地基土层从上之下有，粉质粘土层，细砂层，卵石层、漂卵石层以及强分化千枚岩层。 2、有限元模型分析与验算 2.1 结构抗震模型前处理 全桥的各构件共有1700个单元，1703个节点构成。盆式橡胶支座考虑初始刚度影响，依据规范《公路桥梁抗震细则JTG B02-01-2008》6.3.7条计算和取值，采用弹性连接模拟。桩土相互作用用土弹簧模拟，忽略阻尼和刚度特性的影响。根据地基土层特性，通过“m”法计算桩基节点弹性支撑的顺桥向刚度与横桥向刚度。 巢湖市地震基本烈度为Ⅶ度，地震反谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度值为0.10g，模态叠加时采用CQC法。建立地震反应谱曲线E1、E2，对结构进行反应谱分析。 2.2结构抗震模型后处理 （1）荷载标准：永久作用包括自重与二期恒载，偶然作用包括7度烈度E1和E2地震作用下加速度反应谱。荷载组合如下：
SIMPACK车辆动力学习仿真系统 SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司(于2009年正式更名为SIMPACK AG)开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。它以多体系统计算动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。SIMPACK软件的主要应用领域包括：汽车工业、铁路、航空/航天、国防工业、船舶、通用机械、发动机、生物运动与仿生等。 SIMPACK是机械系统运动学/动力学仿真分析软件。SIMPACK软件可以分析如：系统振动特性、受力、加速度，描述并预测复杂多体系统的运动学/动力学性能等。 SIMPACK的基本原理就是通过搭建CAD风格的模型（包括铰、力元素等）来建立机械系统的动力学方程，并通过先进的解算器来获取系统的动力学响应。 SIMPACK软件可以用来仿真任何虚拟的机械/机电系统，从仅仅只有几个自由度的简单系统到诸如一个庞大的火车。SIMPACK软件可以应用在我们产品设计、研发或优化的任何阶段。 SIMPACK软件独具有的全代码输出功能可以将我们的模型输出成Fortran或C代码，从而可以实现与任意仿真软件的联合。 车辆动力学仿真carsim CarSim是专门针对车辆动力学的仿真软件，CarSim模型在计算机上运行的速度比实时快3-6倍，可以仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，同时被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。CarSim可以方便灵活的定义试验环境和试验过程，详细的定义整车各系统的特性参数和特性文件。 CarSim软件的主要功能如下: 适用于以下车型的建模仿真:轿车、轻型货车、轻型多用途运输车及SUV; 可分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性及平顺性; 可以通过软件如MATLAB，Excel等进行绘图和分析; 可以图形曲线及三维动画形式观察仿真的结果;包括图形化数据管理界面，车辆模型求解器，绘图工具，三维动画回放工具，功率谱分析模块;程序稳定可靠; CarSim软件可以扩展为CarSim RT, CarSim RT 是实时车辆模型，提供与一些硬件实时系统的接口，可联合进行HIL仿真;
三跨连续梁桥动力特性分析 第一章在桥梁设计中，动力特性的研究尤为重要。对动力特性进行分析与研究最主要的原因是为了避免共振。本文通过比较惯性矩变化导致的刚度分配变化和跨径布置对多跨变截面连续梁桥自振特性的影响，并运用有限元软件对三跨连续梁桥进行动力特性分析，得出三跨连续梁桥的自振频率的变化规律，从而为冲击系数的合理取值提供依据。 1.1多跨连续梁桥的跨径布置 连续梁桥分为等截面连续梁桥和变截面连续梁桥。 等截面连续梁桥可以选用等跨布置和不等跨径布置两种布置方式。等跨布置的跨径大小主要取决于分孔是否经济和施工技术条件等。当桥梁按照等跨径布置会使标准跨径较大时，为了减少边跨的正弯矩，将边跨跨径取小于中跨的结构布置，即不等跨布置，一般边跨与中跨跨长之比在0. 6-0. 8之间，边跨与中跨跨长之比简称边中跨比。 当连续梁桥主跨的跨径接近或者大于70m时，若主梁仍然釆用等截面的布置方式，在恒载和活载作用时，将会出现主梁支点截面的负弯矩比跨中截面的正弯矩大很多。为了使受力更加合理和建造更加经济，此时，釆用变截面连续梁桥的设计，不仅更加经济，也使受力更加符合要求，高度变化和内力变化基本相适应。对于跨径，变截面连续梁桥立面一般采用不等跨径布置。对于三跨以上的连续梁桥，除边跨之外，其余中间跨一般采用等跨径布置以方便施工。对于多于两跨的连续梁桥，其跨径比一般为0. 6-0. 8左右。当釆用箱形截面的三跨连续梁桥时, 该比值甚至可减少至0. 5-0.7,当接近0.618时，桥跨变化会显得平顺、流畅, 较为美观。此时，连续箱梁的梁高宜采用变高度设汁，其底曲线采用折线（釆用折线形截面布置可使构造简单、施工方便）、二次抛物线和介于折线与二次抛物线之间的1. 5-1. 8次抛物线的设计形式，从而使底曲线变化规律与连续梁弯矩变化规律基本接近。 1.2分析动力特性的原因 所谓动力特性是指自振周期（自振频率）、振型、阻尼比三个主要方面。分析与研究动力特性的首要原因是为了了解自振频率及振型以在桥梁设计时避开共振。历
一个短跨度复合桥梁军用车辆动力响应试验 摘要：在战场上或自然灾害发生之后，对轻量级桥梁需要进行改进，这对于解决增加其机动性是一个持续的期望。目前，在美国陆军里，轻量级桥接系统对于横越短跨径达4m有一个长度上的需要。本文介绍了新开发的轻型纤维加强的复合材料桥接系统的现场测试，以满足美国陆军的需要，研究探讨了履带式和轮式车辆在不同的过车速度下的动力冲击荷载。在设计中对于适当影响因素的理解，人们发现对于轻型桥梁最敏感的是汽车的车速和汽车的类型，从中观察到的影响系数高达1.71。 DOL：10.1061/（ASCE）BE，1943-5592.0000134 CE数据库主题词：桥梁，复合的；复合纤维加强材料；军事工程；动力荷载；荷载响应. 关键词：桥梁，复合材料；纤维-加强材料；军事工程；动力荷载；荷载响应. 引言 目前，在美国陆军内部，在战场上或自然灾害发生之后，对轻型短跨径桥接系统进行改进以增加其机动性，它要求支承军事荷载等级（MLC）为30（27000kg，30t）以托盘系统（PLS）的履带式和轮式卡车要求能够穿越跨径为4m的桥接系统。为了进行比较，HS-20-44型卡车是通过AASH70(1998)规定其军事荷载等级在25~30之间。 对于轻型配置的桥接系统，整车的质量通常要比桥梁的质量要大，比如，过桥车辆在动力冲击荷载作用下的在结构的内的应力比那些在静载状态下有显著的增加。Franklin(1998)等人探讨了便携式木桥系统上对于以不同的车速在粗糙和光滑的路面条件下的过车荷载，研究表明车速也和路面条件一样对桥的动力荷载有很大的影响，研究表明，光滑路面条件下的动力荷载挠度是静挠度的1.13倍，粗糙的路面条件下导致的挠度是静挠度的1.44倍。 为提出在军事桥接的三方设计和过桥设备桥接系统的冲击荷载的测试准则，这个准则是由美国，英国，德国联合开发设计的准则，为使盟国部队桥梁桥接规范标准化，车辆荷载的冲击系数增加到1.2，目前研究讨论了美国陆军对于新开发的短跨复合桥接系统的汽车动力荷载的发展，目的是评价目前的Trilateral Design和Analysis Group(2005)的研究中对于短跨桥的研究是否足够，并且提供额外的变量来观察动力冲击荷载的影响，论文考虑了履带式和轮式车辆用于描述桥梁系统和探讨了每个因素产生的冲击荷载。 试验步骤和过程 根据美国陆军要求，在完全的工作荷载下，在研究中对轻型桥的厚度规定为100mm，其最大挠度为150mm，此桥由两个轻型桥组成，每个5.6m长，0.76m 宽，100mm厚，重340kg（每个）。轻型桥的表面由碳/环氧组成，核心由蜂窝玻璃纤维/泡沫网状层叠物组成。对于更多的相关短跨径轻型桥的知识看Robnson 和Kosmatka(2008a,b)。 桥的试验场地在马里兰.阿伯丁试验场，过车场地位于一片未开发的土地上，测量沟深20cm深，4.8m宽，沟的两个边缘分别放置为20cm*20cm的木制桥台，
动力学性能 试验鉴定方法及评定标准
目次 1围 (4) 2术语和定义 (4) 3车辆坐标系 (4) 4总则 (5) 5试验条件 (5) 6测量参数 (8) 7评定指标 (10) 8评定指标限度值 (12)
前言 为2004年采购200km/h电动车组，特制定本《200km/h电动车组动力学性能试验鉴定方法及评定标准》。 本规定制定中曾参考了以下文献： ——《GB5599 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规》 ——《TB/T2360 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》 ——《UIC518 铁道车辆试验与鉴定》 ——《UIC513 铁道车辆旅客振动舒适性评定指南》 ——《prEN 14363 铁路应用—铁路机车车辆运行特性验收试验—运行特性试验和静态试验》 本文件由铁道部科学研究院车辆研究所负责起草。
动力学性能试验鉴定方法及评定标准 1围 1.1本标准规定了采购200km/h电动车组在中国铁路线路上进行动力学性能试验鉴定的方法和评定标准。 2术语和定义 2.1铁道车辆（Railway Vehicles） 在轨道线路上运行的车辆统称，包括机车、客车、动车组中的动车、拖车等。 2.2运行参数 最高运营速度V lim 铁道车辆运营的最高速度；单位：km/h。V lim＝200km/h 允许欠超高h0 铁道车辆通过曲线时允许最大未被平衡的超高；单位：mm。 3车辆坐标系 3.1车辆动力学试验的坐标系 车辆动力学试验的坐标系为右手坐标系，如图1所示。列车前进方向为x轴，车辆向上为z轴。 在试验中，被试车辆试验运行方向应唯一规定，进而可以分为正向运行和反向运行。 图1车辆动力学试验的坐标系
1. 简要给出完整约束与非完整约束的概念2-23,24,25, 1)、约束与约束方程 一般的力学系统在运动时都会受到某些几何或运动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数学方程所表示的约束关系称为约束方程。 2）、完整约束与非完整约束 如果约束方程只是系统位形及时间的解析方程，则这种约束称为完整约束。 完整约束方程的一般形式为： 式中，qi为描述系统位形的广义坐标(i=1，2，…，n)；n为广义坐标个数；m为完整约束方程个数；t为时间。 如果约束方程是不可积分的微分方程，这种约束就称为非完整约束。 一阶非完整约束方程的一般形式为：
式中，qi为描述系统位形的广义坐（i = 1, 2, …,n）；为广义坐标对时间的一阶与数；n为广义坐标个数；m为系统中非完整约束方程个数；t为时间。 2. 解释滑动率的概念3-7,8 1.滑动率S 车轮滑动率表示车轮相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度，是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。 为了使其总为正值，可将驱动和被驱动两种情况分开考虑。驱动工况时称为滑转率；被驱动（包括制动，常以下标b以示区别）时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。
参照图3-2，若车轮的滚动半径为rd，轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw，车轮角速度为ω，则车轮滑动率s定义如下： 车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮作纯滚动时，即uw=rd ω，此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。 3. 轮胎模型中表达的输入量和输出量有哪些？3-22,23 轮胎模型描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系，如图3-7所示。 根据车辆动力学研究内容的不同，轮胎模型可分为：
文章编号:100926825(2009)2620311202 直桥与弯桥动力特性对比分析 收稿日期:2009204230 作者简介:梅志军(19772),男,工程师,中国瑞林工程技术有限公司,广东深圳 518032 李 爽(19782),女,工程师,中国瑞林工程技术有限公司,广东深圳 518032吴 浪(19812),男,硕士,工程师,华东交通大学理工学院,江西南昌 330001 梅志军 李爽 吴浪 摘 要:针对直桥与弯桥的动力力学性能,采用大型通用有限元软件ANSYS 分别对直线桥,连续弯桥,墩梁固结弯桥建立空间模型,并对其进行模态振型,频率分析,阐述了直、弯桥在动力力学性能上的差异,指出弯桥整体性不如直线桥好。关键词:直桥,弯桥,动力特性,模态振型中图分类号:U441文献标识码:A 0 引言 近年来随着高等级公路的修建,由于城市立交桥建设的需 要,曲线梁桥成为现代交通工程中的一种重要桥型。在公路及城市道路的立体交叉工程中,曲线梁桥是实现各方向交通连接的必要手段。由于弯桥设计比直线桥设计复杂[1],在弯桥设计时通常用折线桥来代替弯桥的设计,即弯桥的设计有一定的近似性[2]。文章就直、弯桥的动力力学性能[3]进行对比分析,为弯桥设计提供一定参考依据。 1 直、弯桥动力计算分析 采用大型通用有限元分析软件ANSYS [5]分别对直线桥、连 续弯桥、墩梁固结弯桥建立空间模型,并对其进行模态振型、频率分析。 1.1 直线桥分析 1)文中采用一上部结构为(18+3×22+18)m 的五跨连续箱 梁桥,两个车道,桥宽为8.5m ,下部结构为柱式墩台的直线桥为计算模型。其计算模型见图1。 2)直桥模态振型分析。由直桥的各阶模态振型可以得出,直桥的各阶振型均为整体模态振型(见图2～图5)。说明直桥一般不会发生局部失稳的现象。 1.2 小半径连续弯桥动力分析 1)为与前面直线桥的结果进行对比分析,文中弯桥采用一位于R =75m 的平曲线中,上部结构为(18+3×22+18)m 的五跨 连续箱梁桥,两个车道,桥宽为8.5m ,下部结构为柱式墩台为计算模型。其几何模型见图6。 1)使用插入式振捣器,移动间距控制在振捣器作用半径的1.5倍以内,与侧模保持50mm ～100mm 的距离;插入下层混凝土50mm ～100mm 。 2)振捣器振捣遵循“快插慢拔”的原则,每一处振动完毕后要边振动边徐徐提出振动棒;要避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。 3)许多技术规范对混凝土搅拌、浇筑和振捣所花费的时间都有一定的时间限制,但在实际的箱梁混凝土施工的所有工序中,是没有固定的时限的,因为确切的时间取决于混凝土硬化的程度,而硬化的速度又取决于混凝土拌和的稠度、温度及是否用了缓凝剂。 5.2 振动是否密实的判别方法 1)混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆。 2)有时声音会成为有效的参考因素。当插入振动棒时,通常 声音频率会降低,而当声音变得稳定时,则表明混凝土中没有滞留空气。 6 混凝土的养护 混凝土浇筑完成后,立即覆盖清洁的塑料薄膜,初凝后撤去薄膜,用浸湿的破麻布覆盖,经常洒水养护。普通混凝土洒水养护不能少于7d ,掺加早强剂的混凝土洒水养护不能少于14d 。 7 结语 在大跨度预应力高强度早强混凝土施工中,配合比的选择、混凝土振捣技术是整个箱梁施工最关键的技术,涉及的环节较多,每个环节控制的好坏都直接影响到内在和外在质量。通过实践证明,混凝土施工后,5d 强度达到90%,28d 强度达到125%,满足设计要求,预应力张拉完成后,没有局部裂缝、起拱、压坏的现象。总之,上塘高架路大跨度预应力高强度早强混凝土施工不论在工期控制、内外观质量、经济效益上都取得了较好的效果。参考文献:[1] 王兵屯.浅析混凝土质量控制[J ].山西建筑,2008,34(5): 2442245. Prestressed high strength and early strength concrete quality control of the large span bridge YANG De 2jun Abstract :The author mainly introduces the construction technology and quality control measures of the large span bridge prestressed high strength and early strength concrete quality control on links of preparation ,grouting ,vibrating and maintenance ,points out that the pre 2stressed high strength and early strength concrete gets better effect on the project control ,internal and external appearance quality and econom 2ical benefit ,thus accumulating experiences for similar project. K ey w ords :large span bridge ,prestressed high strength and early strength concrete ,construction ,quality ,control ? 113? 第35卷第26期2009年9月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.35No.26Sep. 2009