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大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析在现代交通建设中，大跨度桥梁扮演着至关重要的角色。
它们跨越江河湖海、峡谷深壑，为人们的出行和货物运输提供了便捷通道。
然而，在大跨度桥梁的设计和运营过程中，非线性颤振和抖振是两个不容忽视的问题。
要理解大跨度桥梁的非线性颤振和抖振，首先得明白什么是颤振和抖振。
简单来说，颤振是一种自激振动，当气流流过桥梁结构时，可能会引起结构的振动，而这种振动又会反过来影响气流，从而形成一种恶性循环，导致结构的振幅不断增大，最终可能导致结构的破坏。
抖振则是由大气中的紊流引起的一种强迫振动，虽然不像颤振那样具有自激性质，但长时间的抖振也会对桥梁结构造成疲劳损伤，影响其使用寿命和安全性。
大跨度桥梁之所以容易出现非线性颤振和抖振，主要是因为其自身的特点。
大跨度意味着桥梁的结构更加复杂，柔性更大，对风的敏感性也就更强。
而且，随着桥梁跨度的不断增加，结构的非线性特性也变得更加显著。
在对大跨度桥梁的非线性颤振和抖振进行分析时，时程分析是一种非常重要的方法。
时程分析就是通过数值模拟的手段，对桥梁在风荷载作用下的振动响应进行逐时刻的计算和分析。
这种方法能够考虑到结构的非线性特性、风荷载的随机性以及各种复杂的边界条件，从而得到更加准确和可靠的结果。
为了进行时程分析，首先需要建立桥梁的有限元模型。
这个模型要尽可能准确地反映桥梁的实际结构和力学特性，包括桥梁的几何形状、材料属性、边界条件等等。
然后，需要确定风荷载的输入。
风荷载通常包括平均风荷载和脉动风荷载两部分。
平均风荷载可以根据规范中的公式计算得到，而脉动风荷载则需要通过风洞试验或者数值模拟来获取。
在进行时程分析时，还需要选择合适的数值计算方法。
常见的方法有中心差分法、Newmark 法等等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体情况进行选择。
同时，为了提高计算效率和精度，还需要采用一些数值技巧，比如自适应时间步长、子结构法等等。
通过时程分析，可以得到桥梁在风荷载作用下的位移、速度、加速度等响应。
《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一摘要：本文以高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论为核心，通过深入的理论分析、模型构建及实证研究，系统地阐述了这一理论的发展、应用及其对现代高速铁路系统的重要性。
本文旨在为高速铁路的振动控制、安全性能评估及优化设计提供理论依据和指导。
一、引言随着高速铁路的快速发展，列车—线路—桥梁的耦合振动问题日益突出，成为影响列车运行安全、平稳性和乘客舒适度的重要因素。
因此，研究高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论，对于提高高速铁路系统的安全性和运行效率具有重要意义。
二、耦合振动理论概述1. 理论基础：耦合振动理论基于动力学原理，通过建立列车、线路和桥梁的振动模型，分析它们之间的相互作用和影响。
这一理论能够有效地预测和评估高速铁路系统在运行过程中的振动性能。
2. 模型构建：耦合振动模型的构建需要考虑列车、轨道、桥梁的几何特性、物理参数以及列车运行的速度、加速度等动态参数。
通过建立多体动力学模型和有限元模型，可以更准确地模拟列车在运行过程中的动态行为。
三、耦合振动理论的应用1. 振动性能评估：通过耦合振动理论，可以评估高速铁路系统在各种运行条件下的振动性能，包括列车运行的平稳性、线路和桥梁的动态响应等。
这些评估结果可以为列车的运行速度、线路和桥梁的设计提供依据。
2. 安全性分析：耦合振动理论还可以用于分析高速铁路系统在异常条件下的安全性，如地震、风载等自然灾害下的列车运行安全。
通过建立相应的模型和算法，可以预测和评估这些因素对列车运行安全的影响。
3. 优化设计：基于耦合振动理论，可以对高速铁路的线路和桥梁进行优化设计，以提高其振动性能和安全性。
例如，通过调整轨道几何参数、桥梁结构形式和跨度等，可以有效地降低列车运行过程中的振动。
四、实证研究本文以某高速铁路线路为例，通过建立耦合振动模型，对列车的运行平稳性、线路和桥梁的动态响应进行了实证研究。
研究结果表明，耦合振动理论能够有效地预测和评估高速铁路系统的振动性能和安全性。
《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一一、引言随着高速铁路的快速发展，列车—线路—桥梁的耦合振动问题已成为该领域研究的重要课题。
这一问题的深入研究不仅对保障列车运行的安全性、平稳性和舒适性具有重要意义，同时也为高速铁路的进一步发展提供了理论支持。
本文将详细探讨高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的理论及其实用性研究。
二、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论（一）理论基础高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论主要包括动力学理论、振动传递理论以及系统动力学模型等方面。
在列车运行时，其动力学行为与线路、桥梁的相互作用，形成了一个复杂的动力学系统。
在这个系统中，各组成部分的振动相互影响，形成耦合振动。
（二）系统模型为了更好地研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动，需要建立相应的系统模型。
该模型应包括列车、线路和桥梁的动态特性，以及它们之间的相互作用。
通过建立数学模型，可以更深入地了解耦合振动的机理和特性。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的应用研究（一）安全性保障通过深入研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论，可以有效地保障列车的运行安全性。
通过对系统的动态特性进行分析，可以预测可能出现的故障和危险情况，并采取相应的措施进行防范。
（二）平稳性和舒适性提升通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动进行优化，可以提高列车的运行平稳性和乘客的舒适性。
这不仅可以提高乘客的满意度，同时也有助于提高铁路企业的形象和声誉。
（三）工程实践应用在工程实践中，应用高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论，可以对实际工程进行指导。
例如，在设计和施工阶段，可以通过该理论对线路和桥梁的布局、结构和材料进行优化选择，以减小振动对列车和乘客的影响。
同时，在运营阶段，可以通过实时监测和分析系统的振动情况，及时发现并处理潜在问题。
四、结论与展望（一）结论本文通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论进行研究，探讨了其理论基础、系统模型以及实际应用等方面的内容。
浅谈大跨度桥梁的颤振1 研究背景桥梁跨度大幅度增长带来的主要问题是结构刚度急剧下降，导致风致振动对桥梁的安全性、舒适性以及耐久性影响更加显著。
桥梁是处于大气边界层中的结构物，在自然风的作用下将产生振动响应，甚至造成结构毁坏、疲劳或过大变形及内力等问题。
1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma Narrows悬索桥，在不到2Om/s的8级大风作用下发生强烈风致振动而破坏。
Tacoma桥风毁事故震惊了桥梁工程界，成为现代桥梁抗风研究的起点[1]。
风的动力作用激发了桥梁风致振动，而振动起来的桥梁又反过来影响空气的流动，改变空气作用力，形成风与结构的相互作用机制。
当空气力受结构振动的影响较小时，空气作用力作为一种强迫力，导致桥梁结构的有限振幅强迫振动，主要包括桥梁抖振和桥梁涡振；当空气力受结构振动的影响较大时，受振动结构反馈制约的空气作用力，主要表现为一种自激力，可能导致桥梁结构的发散性自激振动，主要包括桥梁颜振和涡激共振。
桥梁结构风荷载及其效应分类可以用图1来表示[2]。
2 古典藕合颤振理论1935年Theodorson基于势流理论与平板机翼气动力，率先得到了薄平板上的非定常气动力的解析表达式。
1948年Bleich首次运用了这一公式来解决悬索桥析架加劲梁的颤振分析。
不久，他发现根据此公式得到颤振临界风速远高于塔克马桥实际破坏风速。
因此，他修正了Theodorson公式，采用了逐次逼近法建立了悬索桥颤振分析方法。
1967年Thiele和Klöppel提出一种变系数的图解法，并绘制了诺漠图。
1976年Vander Put在Klöppel和Thiele诺漠图方法的基础上忽略结构阻尼的影响，提出了平板祸合颤振临界风速的近似公式[3]。
3 分离流颜振理论以Theodorsen平板颜振理论为基础Bleich悬索桥顾振分析方法忽视了流动的分离，正如Pugsley早先所预见的那样，如果将来能够用由试验方法确定的气动参数来代替Theodorsen解析表达式，可能会从根本上解决这个问题[4]。
桥梁结构的风—车—桥耦合振动分析的研究概况作者：贾晓健来源：《建筑工程技术与设计》2014年第15期摘要：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。
关键词：桥梁；耦合振动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。
大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析在现代交通基础设施的建设中，大跨度桥梁因其跨越能力强、造型美观等优点而备受青睐。
然而，随着桥梁跨度的不断增大，风致振动问题日益突出，其中非线性颤振和抖振成为了桥梁设计和运营中必须要考虑的关键因素。
非线性颤振是一种自激振动现象，当风速超过一定临界值时，桥梁结构的振动会不断加剧，甚至导致结构的破坏。
与线性颤振不同，非线性颤振涉及到结构的几何非线性、材料非线性以及气动力非线性等多种复杂因素。
在大跨度桥梁中，由于结构的柔性较大，非线性效应更加显著，因此准确分析非线性颤振对于保障桥梁的安全性至关重要。
抖振则是一种由风的脉动成分引起的强迫振动。
即使在风速低于颤振临界风速时，抖振也会发生。
抖振虽然不会像颤振那样导致结构的迅速破坏，但长期的抖振作用会引起结构的疲劳损伤，降低桥梁的使用寿命。
对于大跨度桥梁来说，由于其对风的敏感性较高，抖振响应往往比较显著，因此也需要进行精确的分析和评估。
在进行大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析时，首先需要建立准确的数学模型。
桥梁结构通常可以采用有限元方法进行建模，将其离散为一系列的单元和节点。
在模型中，需要考虑结构的几何形状、材料特性、边界条件等因素。
对于风荷载的模拟，通常采用风洞试验或数值模拟的方法获取风场数据，并将其转化为作用在桥梁结构上的气动力。
在非线性颤振分析中，常用的方法包括直接数值模拟、半解析法和基于风洞试验的等效风荷载法等。
直接数值模拟是通过求解流体动力学方程和结构动力学方程的耦合方程来获得桥梁的颤振响应。
这种方法虽然精度较高，但计算量巨大，通常只适用于简单结构和小规模问题。
半解析法是将结构的运动方程在模态空间中进行展开，然后结合气动力的表达式求解颤振临界风速和颤振形态。
基于风洞试验的等效风荷载法是通过风洞试验测量桥梁在不同风速下的气动力，然后将其等效为静风荷载或等效风振荷载，再进行结构的动力分析。
这种方法简单实用，但精度相对较低，需要依赖大量的风洞试验数据。
大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究
李凯;蔡春声;韩艳;宋俊
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。
该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。
基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。
该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。
【总页数】24页(P1-24)
【作者】李凯;蔡春声;韩艳;宋俊
【作者单位】长沙理工大学土木工程学院;西北工业大学航空学院;东南大学交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】U441.3
【相关文献】
1.谈谈对大跨度桥梁非线性颤振的研究
2.大跨度桥梁非线性颤振实验的几点研究
3.大跨度桥梁非线性自激气动力及非线性颤振研究
4.对大跨度桥梁非线性颤振的研究
5.大跨度桥梁非线性颤振理论的分析与实验
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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。
