移动荷载作用下四种车桥耦合模型研究

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]。

移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析摘要：桥梁在建成后的正常使用当中，一般是承受车辆行人等移动荷载，因此分析桥梁的稳定受力，移动荷载的分析时不可避免的。

实际桥梁做此分析显得十分困难，不过借助当前的数值分析软可以很好的进行模拟分析。

文章主要借助商业设置软件ANSYS计算分析桥梁在移动荷载作用下的强迫振动，主要比较分析桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应，得出在该移动荷载作用下桥梁的变形和应力，分析结果可为桥梁设计提供参考。

关键词：动态响应；移动荷载；ANSYS；数值分析引言大型工程的设计必须要经过前期的理论计算分析，确保桥梁的设计可行。

一般手段有试验，理论计算，经验等等，但是诸如桥梁、水电站这类大型工程理论计算工作量非常大，试验有无法合理进行因为模型过于庞大，每座工程都的独一无二导致无所谓的经验借鉴。

但是数值软件的出现很好的解决了这些问题，前期通过数值软件的仿真计算，可以模拟各种工程条件和设计的运行情况，为工程设计提供方便。

本文所采用的ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

该软件广泛应用于汽车工业、桥梁建筑、重型机械、微机电系统等领域。

随着交通事业的迅猛发展，桥梁的跨度越来越大，大荷载高速汽车通过桥梁时对桥梁的动力作用问题更为突出。

在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形和应力都是会比荷载静止时大。

移动荷载的这种动力效应是不可忽略的，如果在荷载处于最不利的静止作用位置的同时又满足共振条件，那么将会发生很大的动态响应，极有可能导致桥梁的破坏。

在移动荷载作用下，桥梁将产生振动和冲击等动力效应，近年来不少专业人员都力求探讨怎样从理论上确定移动车辆荷载下桥梁的动态响应。

1.桥梁车辆振动分析的古典理论（1）匀速移动常力的作用桥梁一般可视作一简支梁（设长为），将设简支梁上作用以速度匀速向右运动的常力，假设忽略移动荷载本身的质量，，位于左边的支承出，移动到右边的支承，由相关的振动知识可得出简支梁的动力响应表达式为：式中，为简支梁各阶固有频率，为移动常量的广义扰动频率，括号中的前一项表示强迫振动，后一项为自由振动。

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
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

移动集中荷载作用下铰接梁式浮桥的动力学模型移动集中荷载作用下铰接梁式浮桥的动力学模型概述浮桥是一种特殊的桥梁，由一系列浮箱或漂筏连接而成，在水面上浮动，用于在水上连接两岸或其他水域设施。

铰接梁式浮桥是一种常见的浮桥结构，它由若干桥梁梁段组成，每个梁段之间用铰链连接。

由于浮桥的特殊结构，其受力分析和设计比较独特。

本文将讨论移动集中荷载作用下铰接梁式浮桥的动力学模型。

移动集中荷载在实际使用中，浮桥承载各种载荷，其中移动集中荷载是一种重要的载荷。

移动集中荷载指的是，一个或多个载荷集中于浮桥上某一点，然后在桥面上移动。

这种载荷是很常见的，比如汽车和行人在浮桥上行走，货车在浮桥上运输货物，船只从浮桥上驶过等。

铰接梁式浮桥的动力学模型在铰接梁式浮桥上，移动集中荷载将对桥梁的性能产生不利影响。

当移动集中荷载移动时，它会导致浮桥理论力学模型中的梁段运动（旋转和横向移动）和形变，也会影响整个浮桥的动力学行为（振动、自然频率等）。

因此，浮桥结构的动力学模型非常重要，它可以帮助工程师预测浮桥在不同运载情况下的响应。

在铰接梁式浮桥的动力学模型中，我们需要考虑以下因素：1. 绕弯刚度和剪切变形。

铰接梁式浮桥的梁段之间通过铰链连接，可以旋转，但并不允许梁段之间发生剪应力的传递。

因此，梁段之间仅考虑转角，而忽略定点之间的变形。

2. 刚性浮体动力学特性。

浮桥是通过浮体来提供浮力的。

浮体的运动会受到外部力的作用，从而导致浮桥的动力学响应发生变化。

通常，我们将浮体抽象成一个阻尼比较小的刚体，假设其质量、惯量矩阵已知。

3. 额外质量的影响。

除了承载移动集中荷载，浮桥还需要承载自身重量和运动中的其他荷载。

这些额外质量会影响浮桥的动力学响应和振动特性。

4. 复杂的加载模式。

移动集中荷载的运动可能是直线运动、曲线运动、加速度变化等。

在实际计算中，需要将这些运动模式转化成合适的数学模型。

根据上述因素，我们可以建立一个铰接梁式浮桥的动力学模型。

Midas 移动荷载研究1、Midas 中计算支座反力时，是按剪力处理的，即：=1.2() 1.21*()k k P P μ⨯⨯+实际剪力效应系数（车道横向折减系数，以单车道为例）（）(冲击系数)车道荷载集中力验算要求支座反力不计1.2倍剪力放大系数，所以需要自己定义相应的车道荷载。

Midas 计算支座反力时，采用程序自带的公路一级、二级车道荷载时，对于集中力P k 会按剪力放大效应多乘一个1.2的系数，最终支座反力结果=车道横向布载系数×(车道荷载集中力×剪力放大系数+车道荷载均布力×梁长/2)。

采用自定义车道荷载时，选用新公路车道荷载类型，程序也会将自定义的集中力P k 按剪力放大效应多乘一个1.2的系数,最终支座反力结果=车道横向布载系数×(车道荷载集中力×剪力放大系数+车道荷载均布力×梁长/2)。

但是，按照城市桥梁车道荷载类型（CJJ177-98）自定义车辆时，计算支座反力，程序则不会将集中力P k 乘以1.25（规范中规定的剪力效应放大系数），最终支座反力结果=车道横向布载系数×(车道荷载集中力+车道荷载均布力×梁长/2)。

2、Midas 中定义车道时，“桥梁跨度”的输入影响车道荷载的集中载P k 和冲击系数的计算。

（注意不能输入桥梁全长）3、Midas中定义移动荷载工况时，“系数”是车道荷载的增减系数，老工程师常用取1.3来代替冲击系数，若已经定义冲击系数则此项保持为1。

支座反力结果=“系数”×车道横向布载系数×(车道荷载集中力×剪力放大系数+车道荷载均布力×梁长/2)4、以支反力为例，看Midas如何考虑冲击系数。

支座反力结果=（1+μ）（冲击系数）×车道横向布载系数×(车道荷载集中力×剪力放大系数+车道荷载均布力×梁长/2)算例：采用Midas建立L=10m简支梁，截面为5m*1m的矩形截面，单车道加载，材料为C40砼，容重为25kN/m3。

车桥耦合动力学
车桥耦合动力学是研究车辆行驶过程中车辆整体运动与车桥系统之间的力学耦合关系车桥耦合动力学主要涉及以下几个方面的内容：
1、车辆振动和悬挂系统：研究车辆在行驶过程中产生的各种振动，以及车辆悬挂系统对振动的影响。

研究车辆振动对车辆整体稳定性和乘坐舒适性的影响。

2、动力传动系统：研究车辆动力系统，包括发动机、传动装置和车轮等之间的传动机构。

研究传动系统对车辆行驶性能和燃油经济性的影响。

3、制动系统和牵引系统：研究车辆的制动和牵引系统对车辆运动过程中的力学特性的影响。

主要涉及制动系统对车速、制动距离和制动平衡的影响，以及牵引系统对车辆加速度和牵引力的影响。

4、车辆操控性能：研究车辆在不同路面条件下的操控性能，包括转向性能、侧倾稳定性和抓地力等方面的特性。

研究车辆操控性能对车辆安全性和驾驶体验的影响。

通过研究车桥耦合动力学，可以优化车辆的设计和控制，提高车辆的性能、安全性和舒适性。

此外，车桥耦合动力学研究也对车辆的能量利用和环境保护具有重要意义。