下载文档原格式
3种车桥耦合振动分析模型对比研究发表时间：2018-10-01T17:27:10.827Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：宋腾腾[导读] 摘要：本文对比了在2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型3种车辆模型在相同速度时的跨中位移影响情况。
温州市市政工程建设开发公司浙江温州 325002摘要：本文对比了在2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型3种车辆模型在相同速度时的跨中位移影响情况。
对比说明：当车速小于130km/h时，3种模型跨中位移响应曲线都比较吻合，当进行公路桥梁车辆耦合振动分析时可采用两个四分之一模型来模拟。
关键词：振动；车桥耦合振动；车辆模型 1 引言车桥耦合问题，在100多年前就吸引了很多的研究者进行研究.现有的研究[1-3]为了求解简便，将车桥耦合的车辆和桥梁模型简化了。
近几年，很多国内研究者都尝试使用数值方法来求解，比如文献[4]把汽车模拟成三维模型，使车和桥相互作用作为整体来建立振动微分方程组，使用数值方法解得了公路简支梁、连续梁桥的动力响应；文献[5-6]使用达朗伯原理创建了简支梁桥车桥耦合的分析模型，使用数值方法将其求解；文献[7]使用New-mark逐步积分法求解匀变速移动质量和简支梁耦合系统的情况。
为分析车辆模型因素对研究车桥耦合问题的影响，文中对比了3种不同车辆模型———2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型的在不同速度下的位移响应情况，先对其整体规律进行对比分析，再分析各种模型的异同。
2 模型建立2.1 四分之一车模型车辆模型见图1，车辆采用弹簧-阻尼-质量系统来模拟。
图中：为车体质量；为构架加上轮对的质量；为一系垂向刚度；为一系垂向阻尼；为二系垂向刚度；为二系垂向阻尼；为车辆通过桥梁时的速度（为定值）。
车辆和车体的振动方程式如下：，.使用分离变量法，假设.由简支梁的边界条件，令，再根据主振型的正交性，得到桥梁受力作用下的振动微分方程为：，图1 1/4车模型作用下的简支梁本文采用两个四分之一车模型，因为车和桥的振动方程分开考虑，然后进行叠加。
标准跨径连续刚构桥风-车-桥耦合振动分析发布时间：2023-01-03T06:23:37.669Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月第17期作者：彭重驹[导读] 针对某城际轨道交通两联4×40m连续刚构桥建立车-桥系统空间耦合振动分析模型，彭重驹瀚阳国际工程咨询有限公司，广东广州，510220 摘要：针对某城际轨道交通两联4×40m连续刚构桥建立车-桥系统空间耦合振动分析模型，通过CFD数值模拟，得到列车及桥梁的气动三分力系数，将风荷载作为外部激励，以轨道不平顺作为自激励，根据弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则形成风-车-桥系统的空间振动矩阵方程，对CRH6型列车在无风和风速分别为15m/s、20m/s、25m/s、30m/s的情况下以100~240km/h、100~200km/h的速度分别通过设置横向限位装置和未设横向限位装置的两联4×40m连续刚构桥时的列车及桥梁的动力响应指标进行计算分析和比较。
结果表明：设置横向限位装置的桥梁相对于未设横向限位装置的而言，其桥墩墩顶横向位移有一定程度的减小且列车双线运行时的减幅更大，而跨中位移、加速度，两端转角等均无明显差别。
当列车单线运行通过设置横向限位装置和未设横向限位装置的桥梁时，其各项动力响应指标均无明显差别；当列车双线运行通过设置横向限位装置的桥梁时，其脱轨系数、轮重减载率、横向力、横向加速度、横向Sperling舒适性指标等动力响应指标较列车双线运行通过未设横向限位装置的桥梁时有明显改善，其竖向加速度、竖向Sperling舒适度指标等无明显差别。
关键词：风-车-桥耦合振动；数值模拟；连续刚构桥；动力响应城际轨道交通是城市群区域主要城市之间或在某一大城市轨道交通通勤圈范围内修建的客运轨道交通系统，其高速度、公交化和大运力的特点可满足我国城市群快速发展对交通网的需求[1]。
高架线是城际轨道交通的一种重要敷设形式，目前城际轨道交通项目中高架结构主要以整孔预制简支箱梁方案为主，而在城市轨道交通领域，已成功应用了节段预制结合连续刚构的创新方案，如广州地铁21号线等。
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。
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用作者：黄江广安区交通运输局摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。
这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。
关键词：位移耦合生死单元位移接触1前言车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。
以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。
2方法介绍位移耦合法位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。
采用位移耦合法时赢注意以下几点：①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。
在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。
②阻尼问题。
ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。
因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。
③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。
如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。
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。
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。
文章编号：1000-4750(2021)02-0187-11基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究周军勇，苏建旭，齐 飒(广州大学土木工程学院，广东，广州 510006)摘 要：将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合，形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。
介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型；提出了MSCA 实现车桥动力分析的思路和方法，并进行了程序开发；通过具有实测时程动态挠度的工程算例，验证MSCA 实现车桥耦合动力分析的准确性；将MSCA 用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中，论证基于MSCA 的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。
研究结果表明：工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性，最大误差仅为11.6%；斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示，两者具有很好的一致性，随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著，说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。
该研究进一步拓展了MSCA 在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力，为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。
关键词：桥梁工程；车桥耦合；随机车流模拟；多轴单元胞自动机；数值分析中图分类号：U441+.2 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0239NUMERICAL INVESTIGATION ON RANDOM TRAFFIC-BRIDGE COUPLED VIBRATION USING CELLULAR AUTOMATON-BASED MICROSCOPIC SIMULATIONZHOU Jun-yong , SU Jian-xu , QI Sa(College of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangdong, Guangzhou 510006, China)Abstract: A numerical delicacy method for random traffic-bridge coupled vibration analysis is proposed.Incorporating the classical vehicle-bridge interaction theory, it is a newly established multi-axle single-cell cellular automaton (MSCA)-based microscopic traffic load simulation approach. The utilized equations and models in the classical vehicle-bridge interaction theory are introduced. The concepts and routes of the realization of MSCA for vehicle-bridge coupled dynamic analysis are proposed, and the relevant code program is developed.An engineering example with measured time-history dynamic deflections is utilized to verify the accuracy of the vehicle-bridge interaction analysis by MSCA. MSCA is used to analyze the dynamic load effects of a cable-stayed bridge under the excitation of random traffic loads, to demonstrate the reliability of the proposed approach. The results indicate that MSCA has good accuracy in vehicle-bridge coupling analysis. The maximum error in the engineering example is 11.6%. The static and dynamic time-history deflections of the cable-stayed bridge under random traffic loads show that they have good consistency, and the difference between them becomes more significant along with the increase in the pavement roughness grade. These prove the reliability of the proposed model and method in the random traffic-bridge coupled vibration analysis. This study forwards MSCA's ability to收稿日期：2020-04-19；修改日期：2020-07-29基金项目：国家自然科学基金项目(51808148)；广东省自然科学基金项目(2019A1515010701)；广州市科技计划项目(201904010188)通讯作者：周军勇(1990−)，男，江西人，讲师，博士，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************.cn ).作者简介：苏建旭(1994−)，男，广东人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ****************);齐 飒 (1994−)，女，河南人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************).第 38 卷第 2 期Vol.38 No.2工 程 力 学2021年2 月Feb.2021ENGINEERING MECHANICS187analyze various types of dynamic load effects of bridges under the excitation of random traffic flow, which provides more applications of MSCA in monitoring and evaluation of real bridges.Key words: bridge engineering; vehicle-bridge interaction; random traffic simulation; multi-axle single-cell cellular automaton; numerical investigation车桥耦合振动特性是桥梁在移动车辆荷载作用下结构响应行为的重要表征，不仅可以揭示桥梁结构参数、力学行为和损伤特性[1]，还能反演移动车辆荷载特性[2]，是桥梁工程领域一直以来的研究热点[3 − 4]。
