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浅析桥梁结构的风-车-桥耦合振动问题1 引言：随着我国经济的飞速发展，大跨度桥梁越来越多，由于柔度很大，所以在风和上面的车辆作用下，会产生较大的变形和振动会对上面的行人以及桥梁产生较大的危险。
因而对风-车-桥耦合振动的研究也越来越重要。
本文介绍了目前国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中尚存的有待进一步完善的问题，并指出了风-车-桥耦合振动问题未来发展趋势。
2 国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中存在的问题2.1国内风车桥耦合振动研究概况我国学者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2]-[3]。
为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应[4]。
2005年，王解军等采用2轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响[5]。
北方交通大学夏禾教授、阎贵平教授等研究了考虑车-桥-基础相互作用系统的结构动力可靠性问题桥梁结构在多种随机荷载作用下车桥系统动力可靠性问题、脉动风与列车荷载同时作用下桥梁的动力响应问题，分析了地震荷载对桥上列车运行平稳性的影响得到了许多有价值的结论[6]。
2.2国外风车桥耦合振动研究概况20世纪60；70年代西欧和日本开始修建高速铁路对桥梁动力分析提出了更高的要求同时电子计算机的出以及有限元技术的发展使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。
美国伊利诺理工学院的K.H.Chu等人最早采用复杂的车辆模型来分析铁路车桥系统的振动响应问题即将机车车辆简化为由车体、前后转向架、各轮对等部件组成各部件看成刚体在空间具有6个自由度之间通过弹簧与阻尼联系起来[7]。
公路桥梁与车辆耦合振动研究趋势探析摘要:本文首先对公路桥梁与车辆耦合振动研究现状进行了系统归纳和总结,然后对公路车桥耦合振动研究以后的研究趋势进行了探析,供有关研究者和同行参考。
关键词:公路桥梁车桥耦合振动现状趋势汽车以一定的速度过桥时,由于车辆轴重及速度效应,会引起桥梁结构振动,而桥梁的振动又反过来影响车辆的运行。
桥面不平整、桥头引道等因素的存在以及车辆各旋转部分的作用,更加剧了桥梁和车辆之间振动的相互影响。
这种相互作用、相互影响的问题就是公路车辆与桥梁之间振动耦合的问题。
当公路车辆的振动频率与桥跨的振动频率一致时,即形成共振。
车辆和桥梁间的相互作用受到诸多因素影响:1)桥梁结构的动力特性(桥跨结构形式、质量与刚度分布、材料阻尼等);2)车辆的动力特性(车型、自振频率、阻尼等);3)桥头引道和桥面的平整状态、桥头沉陷及伸缩缝装置的状况。
由于这些因素的影响和综合作用,使得对车桥耦合振动的研究十分困难。
一、公路桥梁与车辆耦合振动研究现状由于实际中车桥耦合振动系统本身的复杂性,并且车型和桥型又种类繁多,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的模拟车桥耦合振动问题。
直到20世纪60年代--70年代以后,电子计算机和有限元方法的问世和发展,使得车桥耦合振动的研究有了飞速的进步。
人们可以建立比较真实的车辆和桥梁的空间计算模型,然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动效应。
现代车桥振动理论以考虑更接近真实的车辆分析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,着重研究道路路面的不平整对荷载效应的影响,对于车辆加速、制动减速效应等复杂的随机因素也进行了一些研究。
除简支梁桥之外,连续梁桥、悬索桥、斜拉桥等也逐步涉及。
到目前为止,人们对简支梁桥的车桥共振问题的理论和实验研究己经比较系统化,对其它某些桥型,像连续梁桥、索承桥、污工拱桥,也有一定程度的研究成果。
1970年,Veletsos和Huang 等早期研究者将桥梁理想化为具有集中质量和粘性阻尼的有限自由度梁,考虑了二维平面多轴拖车荷载作用。
公路桥梁车桥耦合振动的模型试验研究
陈代海;李银鑫;李整;马来景;许世展
【期刊名称】《振动.测试与诊断》
【年(卷),期】2022(42)2
【摘要】基于公路桥梁车桥耦合振动理论,通过精细测量车桥模型参数,建立了车桥梁试验模型和有限元模型,设计了一套公路桥梁车桥耦合振动试验系统。
开展车桥耦合振动试验影响因素分析,探讨了行车道位置、车桥质量比、桥梁支座形式等试验因素的影响规律。
结果表明:车桥模型自振频率的试验值与理论值基本吻合,验证了模型的适用性;不同车道位置10 cm的侧移对车桥动力响应影响不大,试验过程中可根据实际需要选择行车道;车桥质量比是车桥动力响应的重要影响因素,试验中为获得较为明显的车桥振动响应,建议车桥质量比选择范围为0.10~0.16;支座1模型(一端垫块支座、另一端滚轴支座)下车桥竖向加速度响应较为明显,试验过程中桥梁支座可选择支座1模型。
【总页数】8页(P256-262)
【作者】陈代海;李银鑫;李整;马来景;许世展
【作者单位】郑州大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U441.3;U446.1
【相关文献】
1.公路桥梁车桥耦合振动数值分析方法
2.公路桥梁2种车桥耦合振动分析方法的对比研究
3.公路与城市桥梁车桥耦合振动研究发展综述
4.公路梁桥车桥耦合振动模型试验设计及校验
5.基于板单元形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法研究
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公路车辆与桥梁耦合振动分析研究的开题报告
一、研究背景和意义
公路交通作为现代交通体系的重要组成部分，在人们的日常生活和经济发展中发挥着重要作用。
但长期以来，公路桥梁的安全问题一直备受关注，其主要原因在于桥梁的振动问题。
随着公路车辆的不断增多和速度的不断提高，极易引起桥梁的共振现象，损害桥梁结构，威胁行车安全。
因此，对公路车辆与桥梁耦合振动的研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的
通过对公路车辆与桥梁耦合振动机理的分析和建模，探讨其振动现象的规律和性质，为公路桥梁的安全设计提供理论参考。
三、研究内容和方法
1. 建立公路车辆与桥梁耦合振动模型：研究路面、车辆、桥梁的耦合振动模型，考虑桥梁的结构特性及车辆的质量、速度、轮胎刚度等因素的影响。
2. 分析振动特性和规律：研究公路车辆与桥梁的振动频率、幅值、相位等特性，分析共振现象的原因及其规律。
3. 探究振动对桥梁结构的影响：研究桥梁结构在振动下的应变和变形特征，评估振动对桥梁结构的破坏性影响，并提出相应的安全防范措施。
4. 计算模拟和实验验证：通过数值计算和实验验证，检验模型的准确性，并对研究成果进行分析和总结。
四、预期成果
1. 建立公路车辆与桥梁耦合振动的数学模型，掌握其振动规律和特性。
2. 研究振动对桥梁结构的影响，提出相应的安全防范措施。
3. 与该领域前沿研究成果接轨，为相关领域的研究和应用提供理论参考和技术支持。
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。
公路桥梁与车辆耦合振动控制研究现状综述作者：陈柯吴实渊王睿喆马鸿雨来源：《科技创新与应用》2013年第12期摘要：通过综述国内外公路桥梁与车辆耦合振动控制研究的现状、研究遇到的问题、主要的研究手段、分析研究可能出现的新的技术趋势、并结合国内外车桥耦合振动控制研究的成果。
关键词：公路桥梁；车辆耦合振动；控制1 引言结构疲劳是结构老化的主要原因之一。
因此，通过将降低应力峰值延长结构的使用寿命具有广泛前景的研究。
当由大量车辆荷载通过桥梁时，桥梁结构内的结构构件处于高应力水平。
这种应力引起结构的疲劳。
通过减小由车桥耦合振动引起的应力峰值来减少结构的疲劳破坏和延长结构的使用寿命，具有良好的研究前景。
现代结构控制技术分为隔振、消能减振和主动控制。
隔振和消能减振是无外加能源的控制，其控制作用是控制装置随结构一起振动而产生，属被动控制；主动控制是依靠外界能量提供控制作用来抑制结构反应。
2 车桥耦合振动TMD控制技术的研究现状及其分析况调谐质量阻尼器（TMD）控制是结构消能减振控制技术中的一种。
目前，它被认为是除基础隔振技术外另一个有广泛发展前景的结构控制方法，土木工程的各领域都对它进行了较多地研究。
TMD控制领域控制方面的综述文献较多，这里不再论述。
3 车桥耦合振动半主动控制技术的研究现状及其分析况半主动控制液压阻尼器以其结构原理简单，技术要求相对较低和维修方便，而得到较为广泛的应用。
1995年，S. J. Shelley[1]等人在一座跨度为250英尺的钢桁架公路桥上沿全长设置振动主动控制系统。
1999年，美国W. N. Patten等人建立了第一个应用于实际桥梁半主动控制系统ISB（Intelligent Stiffener for Bridges）。
M. Zribi和N. B. Almutairi等（2006年）[2]人研究了悬索桥由于桥面上以恒定速度移动的垂直负载的振动控制。
通过安装于缆线之间的桥面悬索安装液压驱动器能够产生半主动控制力。
公路桥梁的车桥耦合振动研究的开题报告一、研究背景与意义公路桥梁是高速公路运输的重要设施，为了满足日益增长的车辆通行需求，设计者需要考虑桥梁结构在高频振动下的稳定性和牢固性。
在桥梁通行过程中，因车辆的运动产生的振动会反作用到桥梁上，导致桥梁产生弯曲和变形，从而影响安全和舒适性。
车桥是指车辆和桥梁之间的接口，车桥耦合振动是指车辆在桥梁上行驶时由于弹性变形产生的振动传递到桥梁上，同时桥梁对车辆产生的力也会产生振动。
这种耦合振动会显著影响桥梁的稳定性，也会影响车辆的操控能力和乘坐舒适性。
因此，在公路桥梁的设计和施工中，需要考虑车桥耦合振动的影响因素和控制方法，以提高桥梁和车辆的性能和安全性。
二、研究内容和方法本文将从公路桥梁和车辆两个角度入手，研究车桥耦合振动的影响因素和控制方法。
具体研究内容包括：1.公路桥梁的振动特性分析。
首先，对不同类型的桥梁进行振动测试和数值模拟，分析桥梁的自然频率、阻尼比和模态形态等参数，了解桥梁的振动特性。
2.车辆振动特性分析。
通过车辆加速度测试和数值模拟，分析车辆的自然频率、阻尼比和振型等参数，了解车辆振动特性。
3.车桥耦合振动模拟和试验。
通过建立车桥耦合振动模型，进行数值模拟和试验，分析车桥耦合振动的动态响应和传递规律，探究不同因素对车桥耦合振动的影响。
4.车桥耦合振动控制方法研究。
通过对车桥耦合振动的控制方法进行分析和对比，提出针对不同情况的控制策略和措施，以减轻车桥耦合振动对行车安全和乘坐舒适性的影响。
本文将采用有限元方法和试验相结合的方式，综合分析车桥耦合振动的影响因素和控制方法，为公路桥梁的设计和施工提供科学依据和技术支持。
三、预期成果本研究将深入探究公路桥梁和车辆之间的耦合振动机理，分析车桥耦合振动的影响因素和控制方法，提出可行的车桥耦合振动控制策略和措施，具有较高的实用价值和指导意义。
预期成果包括：1.公路桥梁的振动特性研究报告，包括桥梁自然频率、阻尼比和模态形态等参数的测试和分析结果。
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。
由于车桥耦合振动属于力学理论研究的范畴，其在分析时必须要结合力学模型，以保证研究结果的准确性。
计算机操作系统在数据处理方面具有明显的优势，通过计算机平台建立力学模型，帮助研究者更加深入地分析耦合振动情况。
数据库是计算机中存储信息的主要区域，为了保证车桥振动时力学数据得到准确地计算，应利用数据挖掘功能进一步分析力学模型，以获得与耦合振动相关的力学参数。
从实际操作情况看，数据挖掘的优越性表现：一是高效性，由于采用了计算机操作平台，调用数据库资源显得更加便捷，数据挖掘有助于数据操作效率的提升；二是时效性，与传统观数据处理模式相比，数据挖掘采用了自动化处理平台，短时间内可完成数据信息的检查审核工作[2]。
数据挖掘具备了这些优势，为其在车桥耦合振动中的运用创造了有利
条件。
三、车桥耦合振动的自动分析流程
建立计算机力学模型之后，还应编制一套符合路桥工程实际情况的自动分析流程。
通过对各个参数值的有效处理，获得自动化分析报告及结果，可指导施工单位对公路桥梁实施科学的改造，防止车桥振动造成结构性能方面的损坏。
但是，车桥耦合振动在分析时要经过复杂的处理过程，如果依旧采用传统的研究方法则无法获得准确的结果。
针对已经建立的力学模型，运用数据挖掘功能设计一套自动分析流程。
1、力学分类。
公路桥梁在交通行驶阶段承受的力学荷载复杂，研究车桥耦合振动必须了解具体的受力情况。
数据挖掘功能可以对车桥耦合振动的情况进一步划分归类，按照力学模型的研究内容分类别处理[3]。
自动化力学分类降低了数据处理的难度，提高了车桥振动受力判断的准确性。
2、振动分析。
振动分析是力学模型研究的核心环节，结合数据挖掘捕捉与耦合振动相关的参数，为受力分析提供可靠的依据。
如：荷载方面，数据挖掘功能对车桥耦合振动中的荷载大小检测，确定车桥的安全系数；幅度方面，深入分析并挖掘耦合振动的幅度大小，计算出路桥结构的承载状态。
3、结果显示。
经过一系列的数据处理流程，数据挖掘功能利用计算机操作平台，可以把公路桥梁耦合振动研究的结果及时反映出来。
如：检查耦合振动后，数据挖掘模块自动生成信息报表，并且及时反馈给研究者。
通常，车桥耦合振动的结果显示有两种，即：数据、图形，可根据具体的要求制定结果报表。
四、影响车桥耦合振动的因素及处理
国内交通事业持续发展背景下，公路桥梁工程的交通价值得到了充分的体现。
另一方面，因国内工程施工技术相对落后，车桥耦合问题未能得到根本性地解决，不利于多功能交通体系的建立。
本次研究中，通过计算机建立自动分析平台，从多个角度反映了车桥耦合振动的具体情况。
并且以力学模型为参照对象，更加准确地判断出影响车桥耦合振动发生的主要原因，工程单位结合振动因素可设计有效的控制方法。
1、荷载因素。
荷载高低决定了耦合振动幅度的大小，车桥耦合振动实际上是受力荷载达到一定程度所产生的结果。
无论是车辆荷载或者路桥荷载，只要有一方荷载偏大则不会发生耦合振动，如：车辆行驶的荷载大于路桥结构的荷载，受力方向向下，抑制了路桥的振动幅度[4]。
但是，当路桥结构的自振频率与车辆的荷载频率处于同一值，两种荷载大小互不抑制，变会产生受力共振现象。
车辆、路桥的荷载越大，受力共振的幅度越大，对建筑结构的破坏力也更大。
处理这一问题，应从桥梁结构设计方面实施改进，设计出质量轻、结构少、性能强的公路桥梁结构，以防荷载浮动产生的耦合振动。
2、路面因素。
路面是公路、桥梁承受荷载的主要部分，大部分受力作用均由路面结构承担。
我国路桥工程建设规范，对路面平整度制定了严格的标准，每一种路面必须达到规定的“平整度”要求，才能正式通车行驶。
由于施工单位在作业期间未对路面平整度综合检测，导致平整度达不到标准，为车桥耦合振动创造了条件。
如：平整度偏差的路面，车辆行驶易产生颠簸，车身持续上下运动便发生振动现象。
为了防止平整度因素造成的破坏，路桥施工期间应制定合理的质量管理方案，对平整度定期检测，严格控制路面的平整性。
3、车速因素。
研究车速大小对车桥耦合振动的影响，重点研究的对象是高速公路行驶，车辆处于高速行驶状态下能清晰地反映振动状态。
根据计算机力学模型分析的结果，车速越大，车桥系统动力荷载越大，耦合振动现象越严重。
这是由于车辆在高速行驶状态下，竖向加速度在短时间内逐渐提高，车身起伏颠簸的幅度越大[5]。
高速行驶引起的耦合振动不仅破坏了路桥的工作性能，减短了其使用寿命，也极易造成交通事故。
因此，驾驶人员合理控制车辆行驶的速度，使横向、纵向荷载得到控制，有效防范了车辆耦合振动的发生。
结论
综上所言，车桥耦合振动是公路桥梁常见的受力状态，其本质上属于非正常的路桥受力，长时间处于车桥振动模式会破坏建筑结构的完整性。
基于计算机的耦合振动模型辅助了研究人员的分析工作，确保车桥振动分析结果的科学性。
工程单位在建设期间，要根据影响耦合振动的具体因素制定受力控制措施。
【参考文献】
[1]冯永云.单车荷载下简支梁桥的动力特性和响应的试验研究[J].安徽交通科技，2011，28（15）：43-46.
[2]贾娜.影响车桥系统耦合振动的因素分析[J].振动与冲击，2011，32（11）：71-72.
[3]梅秋雨.公路桥梁车桥耦合振动的防治处理[J].重庆交通学院院报，2010，19（6）：54-56.
[4]章建平.路桥车辆振动问题及动力荷载的研究[J].桥梁建设，2009，28（16）：8-10.
[5]李忘言.研究公路桥梁结构受力失衡的不利影响[J].中外公路，2011，33（18）：23-25.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
