移动荷载速度对简支梁动态响应影响分析

移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析摘要：桥梁在建成后的正常使用当中，一般是承受车辆行人等移动荷载，因此分析桥梁的稳定受力，移动荷载的分析时不可避免的。

实际桥梁做此分析显得十分困难，不过借助当前的数值分析软可以很好的进行模拟分析。

文章主要借助商业设置软件ANSYS计算分析桥梁在移动荷载作用下的强迫振动，主要比较分析桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应，得出在该移动荷载作用下桥梁的变形和应力，分析结果可为桥梁设计提供参考。

关键词：动态响应；移动荷载；ANSYS；数值分析引言大型工程的设计必须要经过前期的理论计算分析，确保桥梁的设计可行。

一般手段有试验，理论计算，经验等等，但是诸如桥梁、水电站这类大型工程理论计算工作量非常大，试验有无法合理进行因为模型过于庞大，每座工程都的独一无二导致无所谓的经验借鉴。

但是数值软件的出现很好的解决了这些问题，前期通过数值软件的仿真计算，可以模拟各种工程条件和设计的运行情况，为工程设计提供方便。

本文所采用的ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

该软件广泛应用于汽车工业、桥梁建筑、重型机械、微机电系统等领域。

随着交通事业的迅猛发展，桥梁的跨度越来越大，大荷载高速汽车通过桥梁时对桥梁的动力作用问题更为突出。

在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形和应力都是会比荷载静止时大。

移动荷载的这种动力效应是不可忽略的，如果在荷载处于最不利的静止作用位置的同时又满足共振条件，那么将会发生很大的动态响应，极有可能导致桥梁的破坏。

在移动荷载作用下，桥梁将产生振动和冲击等动力效应，近年来不少专业人员都力求探讨怎样从理论上确定移动车辆荷载下桥梁的动态响应。

1.桥梁车辆振动分析的古典理论（1）匀速移动常力的作用桥梁一般可视作一简支梁（设长为），将设简支梁上作用以速度匀速向右运动的常力，假设忽略移动荷载本身的质量，，位于左边的支承出，移动到右边的支承，由相关的振动知识可得出简支梁的动力响应表达式为：式中，为简支梁各阶固有频率，为移动常量的广义扰动频率，括号中的前一项表示强迫振动，后一项为自由振动。

简支梁桥在车辆荷载作用下由于墩台沉降动力响应分析随着市政桥梁与高速公路的发展，桥梁占道路的比例越来越大。

简支梁桥在桥梁设计中起着举足轻重的作用，移动车辆荷载行驶在桥面上，车辆的动力荷载对简支梁桥有很大的动力作用，产生较大的动挠度幅值变化。

本文基于移动车辆荷载行驶在简支梁桥上，探讨简支梁桥在两端墩台发生一定沉降时车桥横向振动微分方程，根据梁振动基本理论求解其振动微分方程得出简支梁桥动力挠度的解析解，得出移动车辆荷载作用下动挠度大小与移动车速、两端支座沉降位移和简支梁固有频率之间的一般关系。

最后通过实例进行数值计算，得出在墩台沉降位移一定的工况下移动车辆荷载在不同移动速度时简支梁桥动挠度变化曲线，探讨了简支梁桥两端墩台发生不同沉降位移时动挠度的变化规律，此外也研究了简支梁桥墩台仅有一支座发生沉降时的动挠度曲线变化规律，为混凝土简支梁桥设计的工程实践提供一些参考依据。

标签：车辆荷载；简支梁；墩台；沉降；动力响应移动汽车行驶在公路桥梁上，对桥梁结构必将产生一定的应力和变形，导致公路桥梁的损伤性破坏或疲劳性破环，出现裂缝，引起桥梁的变形和沉降位移[1-3]。

反过来，桥梁桥墩的不均匀沉降也必将使行驶在桥面上的各类车辆产生严重的影响，引起移动车辆的振动。

在移动车辆荷载作用下，桥梁桥墩由于地基的不均匀或桥墩混凝土的收缩徐变影响使桥墩出现不均匀的沉降位移，对行驶的车辆产生不利影响。

另外，在关于移动车辆受桥梁桥墩沉降位移的动力响应分析，国内外的研究报道甚少。

因此，将车桥作为一个系统，研究二者之间的相互作用，发生沉降位移后的桥梁结构在移动车辆动载作用下的动力学行为，是一个相当重要而复杂的系统问题[4]。

本文基于桥墩结构发生一定的沉降位移，简支梁仍然保持为刚性，移动车辆简化为一匀速移动的集中荷载，研究汽车荷载在通过桥梁时的振动问题，由振动基本理论求解振动微分方程[5]，得出移动车辆在通过发生沉降位移的桥梁时动力挠度的解析解，绘出移动车辆在不同移动汽车行驶速度时的桥梁的动挠度变化曲线，分析了动挠度随桥面跨度长时的变化规律，最后给出建议和结论。

移动荷载列作用下简支梁振动响应参数研究王昆鹏;夏禾;郭薇薇;曹艳梅【期刊名称】《振动工程学报》【年(卷),期】2014(027)003【摘要】推导了移动荷载列作用下简支梁位移响应的精确解,在此基础上引入3个无量纲参数,研究了荷载移动速度、荷载频率及结构阻尼对桥梁响应的影响,分析了简支梁在一定荷载速度下的共振和消振现象发生机理.结果表明:桥梁跨中的最大位移响应并非随着荷载速度的增大而单调地增大,而是表现出一种类似正弦但波幅逐渐变大的方式;当移动荷载列以消振速度通过桥梁时,引起的桥梁余振响应趋近于零;简支梁的共振速度与移动荷载列的间距有直接关系,当共振速度同时又是消振速度时,共振现象被抑制;当简谐荷载移动速度较低时,梁体位移在荷载频率等于梁体第一阶自振频率时达到最大响应,随着荷载移动速度的增大,梁体位移达最大响应不再发生于荷载频率等于梁体第一阶自振频率的情况.【总页数】8页(P362-369)【作者】王昆鹏;夏禾;郭薇薇;曹艳梅【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U448.21+7【相关文献】1.简支梁桥在车辆荷载作用下的振动响应影响因素分析 [J], 董传磊2.移动荷载作用下简支梁桥振动响应分析 [J], 郑嘉俊;刘文会;孙海蛟;宋和骏3.任意移动荷载列作用下简支梁桥竖向振动响应解析分析 [J], 李小珍;张志俊;刘全民4.移动荷载列作用下简支曲线梁的振动响应 [J], 单德山;李乔5.移动荷载作用下简支梁桥振动响应分析 [J], 郑嘉俊;刘文会;孙海蛟;宋和骏;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

移动荷载作用下桥梁的动态响应研究作者：刘赛毛威冉志红来源：《建材发展导向》2014年第01期摘要：车辆在一定速度下通过桥梁时，就会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来又影响车辆振动，这种相互的作用就是耦合振动问题。

桥梁的振动是结构产生了疲劳，稳定性和强度都有所降低；当这种振动过大时进而影响车辆的安全及稳定性；随着国民经济的突飞猛进，桥梁的大跨、轻型化，使得耦合问题更加突出，因此耦合振动的分析问题越来越受工程界的重视。

关键词：振动；车桥耦合；有限元桥梁的振动往往是在车辆荷载和地面的某种运动情况下产生，其振动的效应表现为动力效应，这种动力效应会比静力作用下引起的局部损伤大许多，或者影响其桥上行车的行车舒适性及加速度，甚至使桥梁结构损伤、破坏等。

车辆的荷载情况引起的振动问题，由于蒸汽时代平衡轮上周期的锤击已被现在的电力机车、高性能机车所替代，因此现代桥梁的竖向振动问题已表现的不是很突出。

桥梁自身的结构反而表现的更为显著，随着现代科技和经济的快速发展，国内外新兴材料的问世和薄壁结构的广泛应用，桥梁结构也表现出了跨径越来越大，质量越来越轻，刚度越来越小，从而使桥梁结构所能承受的活载占总荷载的比重越来越大。

汽车制造和设计的改进以及汽车新兴材料的应用，使得车辆的单轴轴重不乏较重或超重的大型工程车辆增加了桥梁的荷载值。

上述因素加强了车桥耦合方面的影响，使的变化的荷载与结构的相互作用问题变得越来越突出，引起了工程界的广泛关注。

现在的大跨径桥梁振动已经成为影响桥梁使用与安全的重要因素，因此，各种桥梁的设计计算要求中都包含车辆荷载动力作用内容。

1 车桥耦合模型振动方程建立1.1 移动常量模型图1.1 匀速通过简支梁的单常量力在上图1.1中，一常力F以速度v向右匀速运动，此模型中力F不考虑质量问题，规定t=0时刻，F作用在简支梁的支座处，t=T时刻，F移动到简支梁最右侧支座处，由简支梁的振动微分方程可得到表达式：（1）其中，EI是简支梁的抗弯刚度，m是梁单元质量的常数。

基于ANSYS生死单元的移动荷载作用下桥梁结构动力响应分析移动荷载是指在桥梁结构上以一定速度行驶的载重车辆，它会在桥梁结构上引起振动和动力响应。

了解桥梁结构在移动荷载作用下的动力响应对于确保其安全性和稳定性至关重要。

在这种情况下，使用有限元软件ANSYS对桥梁结构进行动力响应分析是一种有效的方法。

本文将介绍如何利用ANSYS的生死单元对移动荷载作用下的桥梁结构进行动力响应分析。

1.研究背景桥梁结构在运行过程中会受到不同方向和大小的荷载作用，其中移动荷载是其主要荷载之一、移动荷载对桥梁结构的振动和动力响应产生重要影响，因此对其进行分析是非常必要的。

2.ANSYS介绍ANSYS是一种有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种工程结构的动力响应。

它具有强大的仿真功能，可以准确地模拟结构在不同荷载作用下的响应。

3.动力响应分析步骤（1）建立模型：首先，在ANSYS中建立桥梁结构的有限元模型，包括桥梁梁、板、墩等组成部分。

确定桥梁结构的几何形状、材料性质等参数。

（2）施加荷载：在模型中模拟移动荷载作用，可以通过施加集中荷载或均布荷载的方式来模拟车辆通过桥梁的情况。

（3）定义边界条件：设置模型的边界条件，确定结构的支座和约束条件，以保证结构在运行过程中的稳定性。

（4）设置分析类型：选择动态分析类型，在分析设置中定义荷载的作用时间、频率和幅值等参数。

（5）进行动力响应分析：运行模型进行动力响应分析，获取桥梁结构在移动荷载作用下的振动响应情况。

（6）结果分析：对分析结果进行后处理和分析，评估结构在移动荷载作用下的动力响应性能，确定结构的安全性和稳定性。

4.结论与展望通过以上步骤，可以利用ANSYS对移动荷载作用下的桥梁结构进行动力响应分析，为工程师提供了一个强大的工具，可以帮助他们更好地理解桥梁结构在实际运行中的动力响应情况。

未来，可以进一步研究不同荷载作用下桥梁结构的动力响应特性，为桥梁结构的设计和改进提供更加准确和可靠的依据。

毕业论文题目动载荷作用梁动态响应分析专业工程力学班级力学081学生郝忠文指导教师何钦象教授2012 年专业：工程力学学生：郝忠文指导教师：何钦象摘要在机构动力学中讨论的强迫振动问题，一般是以结构在位置固定的周期性挠动力作用下的强迫振动问题为对象。

本文中，用主振型叠加法，分析了简支欧拉梁在移动载荷作用下的动态响应特性。

当广义挠动频率的固有频率相等则放生共振。

研究桥梁在移动车辆载荷下的强迫振动，也要分析其共振条件。

所不同的是由于载荷是移动的，且车辆载荷本身也是带有质量的振动体系，桥梁和载荷耦合系统的动力特征随荷载位置的移动而不断变化。

经研究发现，在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形比载荷静止不动时产生的变形大。

若荷载处于最不利的静力作用位置的同时满足共振条件，那么将会发生较大的动态响应，导致桥梁的破坏。

而且，当荷载移动速率为一定值，广义挠动频率接近梁的固有频率时，梁也可能发生共振，其最大动挠度比静载荷作用时最大挠度的数倍。

移动车辆载荷的这种动力效应是不容忽视。

关键字：动载荷，动态响应，广义挠动频率ABSTRACTThe forced vibration problem discussed in the mechanism dynamics generally focus on the forced vibration that caused by the force which stationarily act on the mecha- nism regularly.In this paper,using principal mode superposition method,the dyna -mic response of simply supported Euler beam acted by moving loads is analysed. Wh -en the frequency of generalized stimulating force equals its natural frequency,the re -sonance happens.It is different that the load moves.The dynamic response of the sys- tem formed by the load and beam differs with the position of moving load. According to the research,the deflection caused by the moving load is larger than that caused by stable load.When the moving load is at the vital position meanwhile meets the res -onance requirement,the beam will resonate thus leading to damage .And when the speed of the moving load reaches the point that the generalized stimulating frequency meets the natural frequency of beam，it may also cause resonance,the biggest def -lection will reaches several times the deflection caused by the stable load。

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 UnderMoving LoadZHONG 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;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.key words: continuous beam; modal analysis ; dynamic response; dynamic deflection1 引 言车辆从桥上通过时，桥跨结构将发生竖向振动，引起这种竖向振动的原因是很多的，也很复杂。