车桥耦合振动对箱梁桥扩宽结构的影响

公路桥梁车桥耦合振动研究【摘要】近年来，我国路桥工程建设为交通行驶创造了优越的环境，推动了地区之间的经济文化交流，促进了国民经济收入水平的提高。

与发达国家相比，国内路桥施工技术相对落后，对动力学理论研究不足误导了后期作业秩序，限制了路桥结构性能的充分发挥。

“车桥耦合振动”现象是路桥交通的常见现象，若控制不当则会影响路桥的使用寿命及运行状态。

针对这一点，本文分析了影响车桥耦合振动的相关因素，并通过计算机建立自动分析平台，为路桥交通的正常运行提供了帮助。

【关键词】路桥；耦合振动；成因；处理对策耦合振动是动力学理论中研究的重点，对不同物体在不同状态下的受力情况进行了详细地分析。

车桥耦合振动是由于车辆与路桥结构之间产生相互的力作用，两种受力荷载大小相同时易产生车桥耦合振动现象，约束了路桥结构性能的正常发挥，不利于交通行驶的安全运行。

工程单位在维护路桥工程阶段，应加强车桥耦合振动的分析，结合具体原因制定有效的控制对策。

一、车桥耦合振动研究的现状从本质上看，车桥耦合振动是一种相互性的力学作用，力学作用控制不当会限制路桥性能的发挥。

车辆过桥时会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来也会影响车辆的振动，即形成车桥耦合振动问题。

当前，我国公路交通运输的全面提速，为了有效的对既有桥梁运营状态进行评估，以及对新建、改建桥梁进行优化设计，均需对车辆过桥时的车桥耦合振动问题进行分析[1]。

随着公路交通事业的迅速发展，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。

车辆和桥梁间力学作用形式多样，会呈现出不同的动力特点，如：车辆的动力特性，车型、阻尼、自振频率等；桥梁结构的动力特性，质量与刚度分布、桥跨结构形式、材料阻尼等；桥头引道和桥面的平整状态、伸缩缝装置及桥头沉陷的状况。

而计算机仿真模拟是目前最方便、最快捷、最经济的计算分析方法。

二、计算机力学模型研究的优点从长远角度考虑，选择一种通用性强、应用性广、开发前景广阔的研究模式，分析车桥耦合振动响应具有多方面的意义。

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:。

随机振动对公路桥梁结构的影响分析公路桥梁作为重要的基础设施之一，随着交通的发展，其建设也越来越普及，并得到了广泛的应用。

但是，在公路桥梁的使用过程中，随机振动却是一项可能对其结构稳定性产生较大影响的因素。

随机振动是指在公路桥梁使用过程中，由于风、车辆、地震等外部因素的作用所引起的振动现象。

这种振动形态的特殊性，使得其不同于规则振动，从而增加了公路桥梁稳定性分析的难度和复杂度。

在如此复杂的环境下，正确地分析和处理随机振动对公路桥梁结构的影响，显得尤为重要。

首先，随机振动对公路桥梁结构的影响主要表现在其结构的动态响应上。

由于在实际使用中，公路桥梁的振动形态受到一系列因素的影响，因此其响应往往呈现出随机性。

这就使得我们需要采用随机振动分析方法，对公路桥梁结构进行合理的预测与分析。

在此基础上，还需要通过拟合分析，得出可能的随机振动激励模型，并进一步计算出其对公路桥梁的影响值，以便进行更为准确的结构评估和改进。

其次，随机振动还会对公路桥梁的疲劳寿命造成很大影响。

特别是对于公路桥梁中的钢结构，由于其材料本身的特性，其响应频率较高，因此更容易产生疲劳破坏。

此外，随机振动激励本身的不确定性，还存在着可能引发严重疲劳损伤的风险。

因此，在公路桥梁的设计和维护过程中，需要格外注重其疲劳寿命的评估和监测工作。

最后，随机振动对公路桥梁的影响，也与其使用环境的特殊性密切相关。

例如，当公路桥梁位于高风险地区，如风化、滑坡区等地，或者临近工业设施、机场等噪音污染源时，其振动环境也会比较复杂，其随机响应的波动范围和频率变化都会更大。

这时，对公路桥梁的结构设计、材料选用、结构检测等方面都需要有所调整和加强。

综上所述，随机振动不仅是公路桥梁结构稳定性评估中需要重点关注的因素，同时也是公路桥梁设计、维护、升级等方面的重要参考依据。

只有在深入分析和研究随机振动对公路桥梁结构的影响机制，才能更好地保障公路桥梁的安全和可靠性，促进社会交通的发展。

基于车-桥耦合振动理论的连续梁桥影响因素分析张向东;杜东宁;柴源;刘佳琦【摘要】通过研究车辆模型及桥梁模型,基于接触点位移协调条件,建立车-桥系统耦合振动运动方程组.用有限元软件MIDAS/CIVIL分析不同影响因素下桥梁的动力特性,揭示桥梁跨中竖向位移、弯矩冲击系数、竖向加速度等指标的变化规律.根据有限元分析结果,编译车-桥耦合振动系统影响因素分析程序,研究各因素对桥梁动力特性的影响.研究结果表明:车辆速度、行车数和桥面不平整度都对桥梁的动力特性有一定程度的影响;车辆速度对跨中竖向位移的影响最大,桥面不平度对跨中竖向加速度的影响最大,跨中弯矩冲击系数受车辆速度的影响最大.最后通过正交试验验证该程序分析结果的可靠性.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)008【总页数】7页(P2848-2854)【关键词】车-桥耦合;动力性能;影响因素;有限元软件【作者】张向东;杜东宁;柴源;刘佳琦【作者单位】辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000【正文语种】中文【中图分类】U441.3随着我国经济的发展，车流密度的不断加大，桥梁数量日益增多。

为研究桥梁工作状态和安全性等问题，研究人员将移动荷载作用下的桥梁振动方程发展成车−桥耦合振动系统[1]。

近年来，各国学者对车−桥系统耦合共振问题做了很多研究。

郗艳红等[2]把车辆简化为移动质点，指出了桥梁质量移动速度与动力系数的关系。

李永乐等[3]将桥梁化为等长的欧拉梁，研究了桥面不平度、桥梁损伤、汽车参数等因素对桥梁动力特性的影响。

AUFTK等[4]用数据统计的方法得出了轴重的分布规律，并用模拟随机车流的方法分析了车−桥系统振动问题。

韩万水等[5]则将车−桥耦合系统发展为可以将随机车流考虑在内的新型分析系统。

高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动分析高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动分析摘要：高速铁路桥梁作为重要的交通基础设施之一，在车桥耦合振动问题上一直备受关注。

本文以高速铁路简支钢桁梁桥为研究对象，通过模态分析和数值计算探讨了车桥耦合振动现象及其对桥梁结构的影响，旨在为桥梁设计和安全评估提供参考依据。

1. 引言随着高速铁路的迅速发展，桥梁结构在铁路交通中的重要性日益凸显。

车桥耦合振动是高速铁路桥梁设计和运行中的一个重要问题，其影响着桥梁结构的稳定性和安全性。

因此，对车桥耦合振动进行深入研究，对于高速铁路桥梁的设计和运营具有重要的意义。

2. 研究方法本文采用有限元分析方法对高速铁路简支钢桁梁桥的车桥耦合振动问题进行分析。

首先，根据实际工程参数建立桥梁的有限元模型，并进行模态分析获取桥梁的固有频率和振型；然后，将列车载荷作为外荷载加载到桥梁模型上，通过数值计算方法分析车桥耦合振动现象。

3. 桥梁模型建立与模态分析根据高速铁路简支钢桁梁桥的实际参数，采用有限元软件对桥梁模型进行建立和模态分析。

模型中考虑了主梁、横梁、纵梁、支座等部件，并根据实际情况设定了较为真实的边界条件。

通过模态分析，得到了桥梁的前几阶固有频率和相应的振型。

4. 车桥耦合振动计算在桥梁模型基础上，将列车载荷作为外荷载加载到主梁上，并采用数值计算方法计算车桥耦合的振动情况。

在车桥耦合振动计算中，考虑了列车速度、轮轴间距、载荷频率等参数，并通过分析列车轮对对桥梁的作用力，计算桥梁的振动响应。

通过对不同速度下的车桥耦合振动进行分析，探讨了车桥耦合对桥梁结构的影响。

5. 结果与讨论通过模态分析和车桥耦合振动计算，得到了高速铁路简支钢桁梁桥的固有频率、振型和车桥耦合振动响应。

结果表明，车桥耦合振动会导致桥梁产生较大的动应力和挠度，从而对桥梁的结构稳定性和安全性产生较大影响。

此外，车桥耦合振动的频率也与桥梁自身的固有频率有关，需要在设计中充分考虑。

钢—混组合梁桥车桥耦合振动分析及局部疲劳研究钢—混组合梁桥车桥耦合振动分析及局部疲劳研究摘要：随着城市交通的发展和交通运输的日益繁忙，钢—混组合梁桥作为重要的城市交通枢纽，承担着巨大的交通压力。

然而，在长期的运营过程中，钢—混组合梁桥常常会遭受车辆荷载带来的振动和局部疲劳问题，这对桥梁的安全可靠性提出了挑战。

本文通过对钢—混组合梁桥车桥耦合振动以及局部疲劳的研究，旨在为提高桥梁的耐久性和减少维修成本提供理论支持。

1.引言钢—混组合梁桥是一种采用钢结构和混凝土结构相结合的桥梁形式。

其结构特点为钢负责承受水平荷载和高弯矩力，混凝土负责承受垂直荷载和低弯矩力。

这种桥型结构是传统混凝土桥和钢桥的结合，兼具了两种材料的优点。

然而，由于车辆荷载的作用，桥梁会产生振动，从而引发局部疲劳破坏。

因此，针对钢—混组合梁桥车桥耦合振动以及局部疲劳进行研究具有重要的现实意义。

2.车桥耦合振动分析车桥耦合振动是指运行车辆的振动会导致桥梁结构的振动，并且车桥振动与桥梁振动相互影响。

车桥耦合振动可以通过数学模型进行分析和预测。

通过建立动力学方程、运用傅里叶变换等方法，可以解决车桥耦合振动的问题。

实际工程中，可以利用有限元软件对桥梁进行车桥耦合振动分析，并可以预测车桥振动对桥梁结构的影响。

3.局部疲劳研究桥梁的局部疲劳指的是在特定的应力范围下，桥梁结构发生疲劳破坏的现象。

在钢—混组合梁桥中，常常会出现焊缝和连接件等局部部位的疲劳损伤。

局部疲劳的研究需要利用疲劳试验、应力分析等方法，以确定桥梁在不同工况下的局部疲劳特性。

通过分析局部断裂机理，可以提出针对性的改进措施，增强桥梁结构的抗疲劳能力。

4.耐久性改进措施为了提高钢—混组合梁桥的耐久性和减少局部疲劳破坏，可以采取以下措施：4.1 结构优化设计：通过优化桥梁的几何形状和剖面尺寸，减小悬臂长度和跨距，以降低桥梁的自振频率，从而减少车桥耦合振动。

4.2 车辆配置优化：调整交通流量和车辆速度，减少车辆对桥梁的荷载作用，降低桥梁的振动响应。

基于车桥耦合振动的桥梁动应力分析及疲劳性能评估一、本文概述随着交通运输业的快速发展，桥梁作为交通网络的关键节点，其安全性与耐久性越来越受到人们的关注。

在桥梁运营过程中，车辆与桥梁之间的相互作用会产生复杂的振动现象，这种现象被称为车桥耦合振动。

车桥耦合振动不仅影响行车的平稳性，还会对桥梁结构产生动应力，进而影响桥梁的疲劳性能。

因此，对基于车桥耦合振动的桥梁动应力分析及疲劳性能评估进行研究具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在深入探讨车桥耦合振动对桥梁动应力和疲劳性能的影响机制，通过理论分析和数值模拟相结合的方法，建立桥梁动应力分析及疲劳性能评估的理论框架。

文章首先回顾了车桥耦合振动理论的发展历程和研究现状，然后详细阐述了车桥耦合振动的基本原理和计算方法。

在此基础上，建立了桥梁动应力的分析模型，并通过实例验证了模型的有效性和准确性。

随后，文章进一步探讨了桥梁疲劳性能评估的方法和技术，结合工程实例进行了详细的分析和讨论。

本文的研究结果将为桥梁设计、施工和维护提供重要的理论依据和技术支持，有助于提升桥梁的安全性和耐久性，推动交通运输业的可持续发展。

本文的研究方法和成果也可为其他相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。

二、车桥耦合振动理论基础车桥耦合振动分析是桥梁动力学领域的重要研究方向，旨在揭示车辆与桥梁结构之间相互作用对桥梁动力响应的影响。

车桥耦合振动涉及多个复杂因素，包括车辆动力学特性、桥梁结构特性以及车桥之间的相互作用力。

在车辆动力学方面，需要考虑车辆的质量分布、悬挂系统刚度与阻尼、车轮与轨道之间的接触特性等因素。

这些因素直接影响车辆自身的振动特性，进而影响到车桥耦合振动中的动力传递。

桥梁结构特性则包括桥梁的跨度、截面形状、材料特性以及支撑条件等。

桥梁结构的动力学特性对车桥耦合振动响应起着决定性作用。

例如，桥梁的固有频率、模态振型等参数会直接影响车桥耦合振动的动力传递和分布。

车桥之间的相互作用力是车桥耦合振动的核心问题。

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。

车辆与桥梁耦合系统振动理论浅析[摘要]随着桥梁结构的轻型化以及车辆载重、车速的提高，车辆加速度的存在，车辆过桥引起的车桥振动问题越来越引起工程界的关注。

【关键词】耦合振动；简支梁；模型；冲击系数1.车桥振动的的特点车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆和桥梁之间振动耦合的问题。

车桥之间的振动是一种司耦合振动，它具有时变、自激、随机的特点。

2.车桥耦合动力问题的历史与现状车桥振动的研究已有100多年的历史，最先开展研究的是铁路桥梁的车振问题，随着铁道工程建设的发展，移动荷载对桥梁结构的动力作用问题引起人们普遍地关注。

铁路桥梁车激振动的主要特征是列车荷载的轴重大，轴距排列规律性较强，钢轮在钢轨上运行具有蛇行特征，因此，车辆过桥除了激起桥梁竖向振动外，还有较大的横向振动，因此铁路桥梁除了研究竖向振动外，还需研究桥梁横向振动，其主要研究的内容为桥梁的动态响应和车辆过桥的动态响应，如桥梁的冲击系数、横向振幅、以及桥梁的竖横向加速度、桥梁的合理竖向、横向的刚度限值和车辆过桥的加速度以及平稳性等；公路桥梁的车激振动的特征主要表现为过桥车辆的轴重、轴距的多样性和随机性，公路桥梁主要关心的是桥梁的竖向振动，研究的内容主要为桥梁的动态响应如冲击系数等，由于轮胎与路面的作用与钢轮与钢轨作用不同，公路桥梁的车激横向振动不太剧烈，因此，车激桥梁的横向振动基本上不予考虑。

尽管铁路与公路桥梁的车激振动的研究范围有些差别，但是，车桥振动研究的主要原理和基本方法是相同的，都具有时变、自激，随机性的特点。

回顾100多年来车桥振动研究的历程，可以大致的分为两个阶段，即车桥振动研究古典理论阶段和车桥振动研究现代理论阶段。

3.车桥振动的古典理论3.1古典理论的实桥试验研究1907年1910年期间，美国第一次进行了规模比较大的现场实测工作，用各种类型的机车以不同速度通过21根板梁和24座析梁桥，测定桥梁的最大动力响应，第一次提出了冲击系数的关系，通过试验得出了跨度、车速和冲击作用间的关系，制订了冲击系数曲线，并得出了明确的概念：对于蒸汽机车来说，移动荷载的动力作用主要是由动轮偏心块的周期力所引起的。

三跨连续梁桥车–桥耦合振动分析摘要：随着我国经济和交通运输事业的迅猛发展，桥梁结构逐渐趋向于轻型化、多功能化，对结构动力响应性能有了越来越高的要求。

因此，车辆荷载等动力荷载对桥梁结构的冲击效应，已成为桥梁科研、设计计算、施工、运营养护过程中的重要问题之一。

桥梁冲击系数是反映结构动力性能的关键性参数之一，本文在ANSYS中建立有限元模型，以112米的三跨连续梁桥为依托工程，应用已建立的模型，进行车桥共振响应分析，并在标准汽车荷载作用下车桥耦合作用与桥梁刚度、质量等参数对连续梁桥冲击系数的影响进行了详细研究。

关键词：桥梁冲击系数；连续梁桥；车桥耦合作用0引言由于车辆及车辆自身的振动状态，会引起并影响桥梁的振动状态，而桥梁的振动状态又逆向影响着车辆的振动状态。

这种车桥间的振动状态相互关联、相互影响的问题就是车辆与桥梁结构之间的车桥振动耦合的问题。

1车桥耦合动力分析模型建立本文采用36m+40m+36m三跨连续箱梁桥进行车桥耦合分析，箱梁尺寸如图1所示。

图1主要截面尺寸（单位：mm）桥梁模型的建立采用有限元软件ANSYS，材料的弹性模量为32.5GPa，密度为2549kg/m3，泊松比为0.2。

选用实体单元Solid6进行模拟，以获取较高的精度，建模过程使用APDL语言编写程序导出桥梁的频率向量和模态振型矩阵，用于后续的车桥耦合振动分析。

2桥梁技术参数对冲击系数的影响为了了解桥梁自身性质对桥梁桥梁冲击系数的具体影响，我们选取了不同车速（20km/h、40km/h、60km/h、80km/h）下，利用ANSYS标准汽车荷载车桥耦合作用模型，分别对桥梁刚度、质量进行影响分析。

2.1弹性模量的影响车辆以相同速度通过刚度不同的桥梁时冲击系数的数据，为了进行直观的比较分析，将不同速度下弹性模量的变化对冲击系数的影响图绘制如图8所示。

图2不同速度下弹性模量的变化对冲击系数的影响从图2得到以下结论：1)车的运行速度越小，桥梁刚度对桥梁冲击系数的影响越小；2)不同的速度下，桥梁刚度对桥梁冲击系数的影响为随着桥梁刚度的增加桥梁冲击系数先增大后减小，再增大；3)通过不同速度下的图形对比，发现随着速度的增加，桥梁冲击系数的第一次峰值所对应的桥梁刚度也会越来越大。