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车辆与公路桥耦合系统振动分析作者：齐世进张鹏来源：《科技资讯》 2013年第15期齐世进1 张鹏2(1.中冶建工集团有限公司第一建筑工程分公司重庆 400032; 2.广州大学-淡江大学工程灾害控制研究中心广东广州 510006)摘要:本文以车辆在简支梁上运动为研究对象,通过达朗贝尔原理与简支梁模态得出耦合系统振动控制微分方程。
以车辆自重和桥面不平顺的路面谱作为外荷载输入,利用Runge-kutta法求得耦合系统的响应。
计算表明桥面不平顺对车体的影响要远远大于对桥梁的影响。
关键词:车桥耦合振动分析随机响应中图分类号:U441 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(c)-0042-02桥梁在城市交通中扮演越来越重要的角色,而桥梁结构出于景观和设计的需要,以及高强材料的应用,向着“大、轻、柔”方向发展。
与此同时,车辆也向重载化,高速化方向发展。
因此,车-桥耦合系统诱发的动力响应将可能远远大于静力作用,引起桥梁结构的损伤、疲劳、开裂,降低桥梁结构寿命、安全可靠度和车辆运行舒适度。
从而需要对车桥耦合系统的振动特性进行深入分析探讨。
1 车桥耦合模型图1所示为车辆与高架公路桥的计算模型。
车辆系统采用1/4模型的悬架系统,桥梁模型为单跨简支梁。
其中,图1中桥梁曲线表示桥面不平度。
从图1中可以看出:车桥耦合系统的激励输入由两部分组成,一部分来自移动车辆的自重；另一部分有桥面不平顺产生。
桥面不平顺的激励谱可以根据“机械振动—道路路面谱测量数据报告”标准[1]和文献[2],采用下列桥面不平度功率谱密度函数在时域内的表达式:式中:为车辆行驶速度；为圆频率；为参考频率,；为参考空间频率,;的取值范围为,其中的取值范围为,。
2 振动方程的建立与求解如图1所示,为桥梁竖向位移,,分别表示车体的竖向位移。
为桥梁单位长度质量,为桥梁阻尼系数,桥梁长度为。
车体质量分别为,,桥梁总质量。
桥梁抗弯刚度,车辆刚度和阻尼分别为:。
1.车-桥耦合动力相互作用的研究现状目前各国主要针对地铁、公路、轻轨等交通系统开展振动的研究工作，面对高架路的振动研究近于空白。
由于高架桥跟其他桥梁有相似和共同的地方，国内外对于其他桥梁上行车舒适度研究相对较多，因此可以很好的借鉴到高架桥上。
车桥桥梁振动问题的研究一直得到国内外学者的普遍关注。
随着计算机和有限元方法的发展，车辆振动分析的现代理论以考虑更加接近真实的三维空间车辆模型和桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型并考虑车桥耦合振动为主要特点，同时还要计及路面不平顺度这一随机因素的影响。
故车辆桥梁系统动力响应的研究有待于进一步的深入和完善。
在此基础上，方能对行车舒适度进行深入研究。
古典理论最初提出了将列车简化为移动常量力[1]或者移动质量作用于桥梁上。
之后，Michaltsos[2]等将列车模拟为移动的质量块，采用级数的方法研究了均匀截面简支梁在移动质量块作用下的动力响应。
Garinei[3]等研究了高速移动的简谐荷载作用下简支梁的动力特性等。
随着数学、力学、电子计算机的应用以及有限元技术的发展，人们可以建立比较真实的车辆和桥梁的空间计算模型，从而更精确地模拟车桥空间模型以及它们之间的耦合振动，并考虑引起激励的轨道不平顺、车辆加速和减速等复杂因素。
车桥耦合振动的研究从而有了飞速的进步。
美国Chu[4,5]等最早采用多刚体多自由度的复杂车辆模型，认为车辆由车体、转向架构架、轮对等刚体组成，各刚体在空间具有6个自由度。
Green和Cebon[6]提出了在频域内利用模态脉冲响应函数和模态激扰力求解分离的车桥系统方程的方法。
Walter[7]等采用Ritz能量法得到了拱桥在高速列车作用下的动力响应的闭合解，讨论了荷载分布情况、列车速度等因素的影响。
在国内，夏禾教授及其课题组在车-桥耦合振动方面进行了大量的研究。
夏禾[8]等在桥梁模型中引进了模态综合技术，用振型叠加法来计算桥梁的反应，仅考虑少数一些振型就可以获得满意的精度；张楠[9,10]通过理论计算与现场试验研究了高速列车与桥梁的动力相互作用，模拟了中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程，计算了列车-桥梁的动力响应，并与现场实测结果进行了对比。
公路地基不均匀沉降的原因及防治措施作者：李宏亮罗柱来源：《现代装饰·理论》2013年第03期摘要：针对公路地基不均匀沉降问题本文采用理论结合实践的方法展开了探讨。
文章首先对公路地基不均匀沉降病害及表现特点进行了归纳与分析，进而对引起的原因进行分析；在此基础上，结合实践经验，从加强质量管理、保证路基的压实度、避免水文气候的影响几个方面提出了相应的防治措施。
关键词：公路工程；地基沉降；防治随着近年来我国公路工程建设规模的快速发展，由于受各种因素影响，公路工程出现的质量问题也常见诸于媒体报道，引起了社会公众的广泛关注。
地基不均匀沉降作为公路工程质量通病之一，对其原因进行归纳与分析，有利于我们探索有效的防治对策。
基于此，笔者结合实践经验，对这一公路建设中常见问题作以下论述。
一公路地基不均匀沉降病害及其特点1.桥头部位的不均匀沉降。
由于台背处作业面狭窄，极不利于机械作业，因而使台背的回填质量达不到规范要求，且沉降的参照物是不变形的桥梁实体，故而出现明显的桥头跳车现象。
2.填挖结合部位的不均匀沉降。
由于填挖结合部位是填方向挖方的过渡段，其特点是填方的高度和挖方的深度都较小，属行车荷载直接作用区域，随着时间的推移，由于填、挖方的沉降值不同，使路基出现横向不均匀沉降。
3.半填半挖部位产生的不均匀沉降。
由于填方的沉降系数与挖方的沉降系数不同，在行车荷载的作用下，随着时间的推移，填方与挖方的沉降差值越来越大。
易在交界处出现土基不均匀沉降，路基产生纵向裂纹。
4.正常路基的不均匀沉降。
正常的路基施工段，如果施工控制不力，也能使路基产生不均匀沉降。
比如压实的效果不同，出现局部坑槽式沉降不匀；路基局部（如路肩处）压实度不足等；都是路基产生不均匀沉降的原因。
5.陡坡段的不均匀沉降。
同一路段中，路基填土高度变化较大，易造成纵向沉降不匀。
其原因是由于路基填土高度不同，尽管其它因素相同，高低填方的沉降量不同。
在行车荷载的作用下，随着时间的推移，高低处沉降量差值日趋明显。
公路桥梁与车辆耦合振动研究综述1 前言车辆以一定的速度通过桥梁，桥梁受到车辆荷载的激励会产生振动，反过来桥梁的振动对于车辆来说也是一种激励，因此车辆和桥梁的振动是一个相互影响，相互耦合的过程，我们称之为车桥耦合振动问题。
随着交通事业的迅猛发展，车载重量和运行速度不断提高，而桥梁结构则日趋轻型化，车辆和桥梁之间的动力问题日益引起人们的重视。
对于桥梁工作者而言，车桥耦合振动问题的对应点即为桥梁在移动车辆荷载作用下的强迫振动问题。
2主要研究成果自十九世纪末，各国学者就相继对车桥耦合振动进行了大量研究，称其研究为古典理论。
古典理论对车桥模型进行了大幅简化，桥梁模型均是连续的，主要是对车辆荷载的模拟有了一定的发展进步。
实际上，由于实际桥梁和车辆耦合振动系统本身的复杂性，并且车型和桥型种类繁多，以及引起振动的各种激振源的随机性，古典理论显然不能全面合理地模拟车桥耦合振动问题。
直到二十世纪六、七十年代，随着电子计算机的应用以及有限元技术的发展，使得车桥耦合振动的研究有了飞速的进步。
自70年代起的现代桥梁车辆振动分析理论，以考虑更接近真实的车辆模型和将桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型为主要特点，同时着重研究公路桥面平整度对荷载动力效应的影响。
主要的理论有：多轴车辆模型的作用、有限条法及模态分析法等。
谭国辉、巴梅特.GH、汤比勒.DP提出将二维的格栅桥梁与三维的汽车组合起来模拟二者之间的相互作用。
采用格栅比拟方法，将桥梁结构比拟成一个网格的集合，由纵向主梁和横向隔板组成。
从动力学分析的角度推导出三维汽车模型。
汽车的运动由只发生刚体运动的刚性底盘描述，汽车有各种非线性悬挂系统和弹性轮胎，每个轮轴都有垂直自由度。
该理论从空间结构着手分析了车桥系统的相互作用，能有效地反映系统相互作用的真实特性。
2000年，我国学者林梅、肖盛燮以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟，讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素。
高速铁路槽形连续梁车-轨-桥相互作用动力分析齐春雨【摘要】济青高速铁路(40+70+70+40)m槽形连续梁是国内外跨度最大的高速铁路双线预应力槽形连续梁.为分析其列车通过时的动力性能,建立列车-轨道-槽形连续梁动力相互作用模型,编制铁路列车-轨道-桥梁耦合动力仿真软件RTTB,利用现场实测数据验证仿真软件的工程可用性,对动车组与货车过桥时系统的动力响应进行数值计算和评估.结果表明:CRH2动车组、CRH3动车组、C64货车在设计速度范围内以单列或者双列的形式通过桥梁时,车辆的安全性指标均合格,平稳性指标为优秀,桥梁的各项动力响应指标均满足规范要求,槽形连续梁结构设计合理,满足设计要求.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2019(063)006【总页数】4页(P73-76)【关键词】高速铁路;铁路桥;槽形梁;连续梁;列车;轨道;动力响应;相互作用【作者】齐春雨【作者单位】中国铁路设计集团有限公司,天津300251【正文语种】中文【中图分类】U441+.7槽形梁能够降低线路纵断面，节省投资，其两侧腹板结构对车辆轮轨噪声的遮挡效应明显，降噪效果显著，尤其适合在铁路站场或城市市区使用，目前在城市轨道交通中应用广泛[1-7]。
随着高速铁路路网密度的增大，高速铁路进入城区的概率增大，槽形梁基于其自身结构的优势，在高速铁路的应用日益增多[8-12]。
在济青高铁设计中采用了(40+70+40+70) m 有砟轨道预应力混凝土槽形连续梁[13]。
本桥为客货混跑，设计行车速度V≤200 km/h，建成之后，将成为国内外跨度最大的高速铁路双线预应力混凝土槽形连续梁。
目前，在TB10621—2014《高速铁路设计规范》中，仅对常用跨度双线简支箱梁不需进行动力检算的竖向自振频率限值做了规定，对于槽形连续梁这种新型结构类型桥梁，仍要求进行车桥动力分析[14]。
另一方面，由于(40+70+40+70) m跨度为国内外较大跨度，在进行动力设计时，没有可供参考的案例。
1 引言车辆在桥梁结构上运行时,车辆与桥梁结构之间会发生动力相互作用,随着桥梁结构跨度的不断增大,车辆速度的持续提高这种动力相互作用愈发明显也因此愈发引起重视,这也推动了车辆与桥梁结构动力相互作用研究长足的发展,并已有一系列影响深远的相关专著出版[1～5]。
如今传统车辆-桥梁耦合系统动力学理论已日臻完善,理论分析已能在一定程度上代替试验工作,从而可以节省大量的人力、物力。
但随着科技发展,机电技术正逐渐应用于现代车辆悬挂系统的设计中。
目前悬挂系统已从传统的被动悬挂发展到了主动悬挂阶段,悬挂是影响车辆动力性能的关键部件,而车辆动力性能直接关系到了桥梁结构的动力性能,如何评估主动悬挂技术的采用对车辆-桥梁耦合系统动力性能的影响,成为车辆与桥梁动力相互作用研究需要面对的问题,也即是铁路车桥耦合系统动力学与控制问题。
目前关于这一问题的研究还未充分展开,下面介绍针对如何解决该问题,本文所采用的研究思路。
2 研究思路由于车辆-桥梁耦合系统的复杂性,在进行车辆-桥梁耦合系统动力学与控制问题的研究时理论求解十分困难,必须借助计算机仿真手段进行数值求解。
同时对于因机电技术的采用而引发出的动力学与控制问题,仅从单方面进行仿真研究往往是不够全面的,一方面控制系统的控制力会潜在地影响动力系统的动力性能,而另一面动力系统的动力性能也直接关系到了控制系统控制效果,因此在仿真研究中必须采用动力学与控制一体化仿真的思路。
动力学与控制一体化仿真研究涉及到仿真工具选择以及仿真研究方法的确定。
2.1仿真工具选择车辆-桥梁耦合系统动力学与控制问题,可以分解为车辆动力学与控制与车辆-桥梁耦合系统动力学两个子问题。
针对这两个子问题的研究都已经非常充分了,这也就使车辆-桥梁耦合系统动力学与控制问题的研究有了坚实的基础,下面介绍这两个子问题研究特点,同时据此进行仿真工具的选择。
目前对于车辆动力学与控制一体化仿真问题,多平台联合仿真与单平台独立仿真都有应用,多平台联合仿真主要采用的方案是利用常用的多体动力学软件M S C.A D A M S (VI/rail)、Simpack进行动力学分析,利用MATLAB/Simulink进行控制力计算,二者通过系统接口进行数据交换实现动力学与控制一体化仿真;单平台独立仿真是采用MATLAB/Simulink单一平台来进行动力学分析与控制力的计算,由于在同一平台下所以动力学分析与控制力数据可实现无缝交换。
南水北调中线运行风险研究(一)——南水北调中线工程风险识别漆文刚;王忠静【摘要】南水北调工程是我国的一项重大战略性基础设施,对其失事风险进行评估识别有着重要意义.针对南水北调中线一期工程,总结了各类工程建筑物失事模式,对南水北调中线工程建筑物的风险类型进行识别与分析,得到南水北调中线一期工程设计单元工程风险列表,该列表可作为南水北调中线工程输水系统运行风险的定量评估基础.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2010(008)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】风险识别;南水北调中线工程;失事模式【作者】漆文刚;王忠静【作者单位】清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TV680 引言南水北调工程是缓解我国北方水资源严重短缺、优化水资源配置、支撑北方地区经济、社会和环境可持续发展的重大战略性基础设施。
工程的总体布局是:通过东线、中线和西线三条调水线路与长江、黄河、淮河、海河四大江河相连,形成“四横三纵”的总体格局,每年从长江下游、中游和上游调水约448亿m3,以实现中国水资源的南水北调和东西互济的目标。
南水北调中线工程是一个长距离输水工程,全长1 431.945 km,涉及到的受水城市150座,控制受水范围15.1万km2,是特大型一等工程;总干渠以明渠为主,北京段、天津干线采用暗涵输水,明渠段与交叉河流全部立交,沿线共布置各类建筑物1 796座。
对于像南水北调这样的长距离输水系统来讲,其失事风险是系统安全运行的重要评价指标。
分析系统的失效模式及原因,计算单个工程及系统的可靠性,找出系统的薄弱环节,提出改善和提高供水系统可靠性的具体有效的措施,确定最优的事故应急安排、配套的维修设备和物资以及必要的应急水量储备量等,对南水北调中线这一关系国家水安全战略的工程,十分重要。
Simpack软件平台在车-桥耦合系统虚拟仿真实验教学中的探索与应用发布时间：2022-09-15T03:29:51.124Z 来源：《科技新时代》2022年6期作者：胡朋, 张非, 程渭, 董国朝, 韩艳[导读] 为了让学生熟悉解决工程问题基本的操作流程，本文以高速列车通过简支梁为例，介绍了基于Simpack平台实现车-桥耦合系统振动的全过程。
长沙理工大学土木工程学院湖南长沙 410114摘要：为更灵活地开展车-桥耦合系统虚拟仿真实验的教学工作，将Simpack多体动力学仿真软件引入到实验教学中。
首先，简单介绍了Simpack多体动力学仿真软件的特点及车-桥耦合系统的基本概念，然后以高速列车和简支梁桥耦合系统为算例，阐述了基于Simpack软件平台实现车-桥耦合系统虚拟仿真实验的全过程。
通过该实验课程的教学，尤其是建模与计算教学，学生的动手能力得到了锻炼和提高。
采用Simpack多体动力学仿真平台能较方便地对车-桥耦合问题进行分析模拟，有助于学生们更好地学习和理解车-桥耦合振动现象。
关键词：桥梁工程；虚拟仿真；实验教学；Simpack软件平台；车-桥耦合1 Simpack平台与车-桥耦合系统介绍Simpack软件平台是一款以多体系统计算动力学为基础，包含多个专业模块和专业领域的多体动力学仿真软件。
Simpack具有较高的仿真精度和效率等优势，设计者可以使用Simpack软件中的轮轨模块实现参数化和可视化建模，快速地建立高速列车模型。
当列车通过桥梁时，列车的高速运行会对桥梁结构产生冲击作用，使桥梁产生振动。
同时桥梁的振动使列车产生振动，影响列车的行车安全性和舒适性，这种列车与桥梁之间相互影响的振动就称作为车-桥耦合振动[1]。
随着中国铁路的不断提速以及高速铁路的大规模建设和运营，为确保桥上列车的安全性和舒适性，在桥梁设计中必须要高度重视车-桥耦合振动分析。
目前市场上有关Simpack的书籍较少，围绕车-桥耦合振动分析的书籍就更加稀缺。
第44卷第16期 山 西建筑Vol .44No .162 0 1 8 牟 6 月SHANXI ARCHITECTUREJun . 2018• 149 •文章编号：1009-6825 (2018) 16-0149-03车辆速度对筒支变连续梁桥冲击系数的影响分析邹宝刚1 张硕2(1.天津市交通运输工程质量安全监督总站，天津300384; 2.河北工业大学土木与交通学院，天津300401)摘要:研究了车辆速度对简支变连续梁桥冲击系数的影响。
研究表明简支变连续梁桥在边跨跨中车辆速度在20 kr ^h 时比40 〜120 km /h 时的冲击系数大，达到80 时比100 〜120 km /h 的冲击系数大，中跨跨中车辆速度在40 左右时比120 ki ^h 左右时的冲击系数大，体现了不同的车辆速度使冲击系数不同。
关键词：简支变连续梁桥，车速，车桥耦合振动，冲击系数中图分类号:U 448. 215文献标识码:A〇引言国内外学者对冲击系数的研究已取得了相当丰富的成果，从 计算方法、模型建立、各个影响因素等方面都做了比较系统的分 析。
冲击系数表达方面，目前规范中只用了结构基频一个参数来 定义。
在车辆模型建立方面，大都是采用简化的弹簧质量车模 型、两轴车模型、三轴车模型等等[14];车桥耦合分析方面，大多都 采用理论推导的车桥耦合系统运动方程，通过自编程序进行车辆 过桥的动力时程分析，计算过程较为复杂，得到的结果也有所差 异[5,6]。
在本文中主要研究车桥耦合振动的一种仿真分析方法，并用 于冲击系数的影响因素分析。
主要通过大型通用有限元软件 ANSYS 建立桥梁模型，得到桥梁的动力特性;运用新一代多体系 统动力学软件UM 建立可视化的三维车辆模型。
然后运用anS y S _ um exe 接口程序将桥梁模型导入到UM 软件中，进而在UM 软件 中进行车桥耦合振动的不同工况分析。
这一联合仿真模拟可以 达到较好的仿真效果。
