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波浪作用下跨海大桥列车走行性研究

西南交通大学学报 2017年第6期52卷 1068-1074页

作者：房忱李永乐向活跃西南交通大学桥梁工程系四川成都610031

针对平潭海峡大桥所处海洋环境复杂恶劣、波浪会影响列车的安全性和舒适性问题,基于车-桥耦合动力仿真方法,利用自主研发的桥梁有限元软件BANSYS(bridge analysis system),分析了极端波浪荷载作用下车辆和桥梁的动力响应,讨论了波浪荷... 详细信息

针对平潭海峡大桥所处海洋环境复杂恶劣、波浪会影响列车的安全性和舒适性问题,基于车-桥耦合动力仿真方法,利用自主研发的桥梁有限元软件BANSYS(bridge analysis system),分析了极端波浪荷载作用下车辆和桥梁的动力响应,讨论了波浪荷载重现期、车速、水深和桥墩刚度等因素的影响.研究结果表明:波浪荷载对车桥系统的响应影响显著,当波浪荷载重现期为50 a时,桥梁跨中横向位移超限;当波浪荷载较大时,波浪对列车走行性起主要控制作用,当波浪荷载较小时,车桥系统的动力响应对车速较为敏感;低桩承台方案可有效降低波浪荷载作用下桥梁和车辆的动力响应;桥墩基础采用常用的不同标号的混凝土对行车安全性和舒适性影响较小,车辆最大横向加速度相对变化幅值最高达3%.

关键词：波浪荷载列车-桥耦合振动动力响应列车走行性

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

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西南交通大学学报 2022年第1期57卷 99-105页

作者：韩旭向活跃李永乐西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气... 详细信息

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响.结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.

关键词：移动车辆模型风洞试验顺向斜风气动特性风屏障

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扁平钢箱梁风屏障防风效果的数值模拟研究

振动与冲击 2022年第6期41卷 298-306页

作者：胡博向活跃李永乐西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室成都610031

为研究扁平钢箱梁风屏障的防风效果,在验证数值模型准确性的基础上,针对扁平钢箱梁上分离障条直线型风屏障,研究了风屏障对桥面风场分布的影响,采用神经网络模型建立了风屏障风速折系数的代理模型,考查了风屏障高度与透风率的影响,给出... 详细信息

为研究扁平钢箱梁风屏障的防风效果,在验证数值模型准确性的基础上,针对扁平钢箱梁上分离障条直线型风屏障,研究了风屏障对桥面风场分布的影响,采用神经网络模型建立了风屏障风速折系数的代理模型,考查了风屏障高度与透风率的影响,给出了风速折减系数随风屏障高度和透风率变化的等值线曲线。结果表明:当风屏障高度增加到一定程度后,再增加高度对风屏障防风效果的提高有限;风速折减系数随风屏障透风率的增加,在迎风侧车道和背风侧车道位置处呈现不同的形态;在风屏障透风率大于20%,高度小于3.5 m的情况下,上游车道的风速折减系数大于下游。风屏障风速折减系数神经网络模型可用于预测和评估风屏障的防风效果,研究结果为风屏障参数的选择提供参考。

关键词：风屏障风速折系数计算流体力学(CFD)模拟神经网络代理模型

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

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中国公路学报 2018年第7期31卷 119-125页

作者：李永乐房忱向活跃西南交通大学桥梁工程系四川成都610031

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立... 详细信息

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS(Bridge Analysis System),分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明:风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15m·s-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。

关键词：桥梁工程风-车-桥系统耦合振动跨海桥梁波浪荷载

基于灰箱模型的垂向车-桥系统响应极值分布研究

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振动与冲击 2021年第16期40卷 75-80页

作者：唐平李永乐向活跃西南交通大学土木工程学院成都610031

针对垂向车-桥系统时域计算效率不高的问题,结合灰箱模型,提出了一种垂向车-桥系统动力响应计算的代理模型方法。通过对车桥系统进行分析,得到输入和输出样本进行灰箱模型参数训练,使车体加速度响应误差最小化,得到代理模型。通过蒙特... 详细信息

针对垂向车-桥系统时域计算效率不高的问题,结合灰箱模型,提出了一种垂向车-桥系统动力响应计算的代理模型方法。通过对车桥系统进行分析,得到输入和输出样本进行灰箱模型参数训练,使车体加速度响应误差最小化,得到代理模型。通过蒙特卡罗模拟,验证了该方法的准确性和效率。结果表明,相比蒙特卡罗模拟方法,该方法计算效率明显提高,计算时间减少了约7倍,且计算误差小。

关键词：车-桥系统灰箱模型白噪声滤波法动力响应

基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性研究

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西南交通大学学报 2022年第6期57卷 1217-1223,1232页

作者：向活跃陈绪黎李永乐西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为探究车-桥耦合系统可靠性的效率和精度,建立列车-桥梁的耦合振动模型,并采用自回归方法模拟轨道不平顺.回顾ARMAX(auto-regressive moving average exogenous)模型的基本原理,提出了基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性分析框架;... 详细信息

为探究车-桥耦合系统可靠性的效率和精度,建立列车-桥梁的耦合振动模型,并采用自回归方法模拟轨道不平顺.回顾ARMAX(auto-regressive moving average exogenous)模型的基本原理,提出了基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性分析框架;利用代理模型获得列车响应预测值,并与直接蒙特卡罗模拟(monte carlo simulation,MCS)法结果进行对比,探讨了代理模型在分析行车安全时的计算精度和可靠性分析效率.结果表明:代理模型预测列车竖向和横向加速度响应的效率显著高于MCS法,约为3个数量级;预测竖向、横向车体加速度的精度分别为98.66%、86.55%,求解精度较好,可显著提高车-桥耦合系统可靠性分析的效率.

关键词： ARMAX模型车-桥系统代理模型可靠性动态系统

考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究

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工程力学 2021年第11期38卷 180-188页

作者：韩旭向活跃李永乐西南交通大学桥梁工程系四川成都610031

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX(Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inpu... 详细信息

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX(Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs)模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。

关键词：车-桥耦合系统参数不确定性 ARMAX模型混沌多项式展开蒙特卡洛模拟

基于代理模型的无砟轨道模拟方法及其在车-线-桥分析中的应用

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土木工程学报 2018年第5期51卷 95-102页

作者：李永乐鲍玉龙向活跃西南交通大学四川成都610031

为解决轨道结构有限元建模的复杂性和计算效率低等问题,针对桥上双块式无砟轨道结构,该文提出一种新型的无砟轨道简化方法:K-G离散点支承梁模型。利用自适应Kriging代理模型,建立了无砟轨道简化模型与精细化模型响应间的对应关系,采用... 详细信息

为解决轨道结构有限元建模的复杂性和计算效率低等问题,针对桥上双块式无砟轨道结构,该文提出一种新型的无砟轨道简化方法:K-G离散点支承梁模型。利用自适应Kriging代理模型,建立了无砟轨道简化模型与精细化模型响应间的对应关系,采用遗传算法(GA)确定了简化模型的结构参数,并与精细化模型进行对比,验证了简化模型的准确性。最后,将该无砟轨道简化模拟方法应用于某大跨铁路拱桥,进行车-线-桥耦合分析,结果表明:K-G离散点支承梁模型的竖向位移响应计算结果与精细化有限元模型结果比较吻合,最大相对误差不超过5%,可以进一步应用于车-线-桥耦合振动分析。

关键词： Kriging 代理模型模型修正无砟轨道车-线-桥耦合振动分析

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风-列车-桥系统耦合振动研究综述

中国公路学报 2018年第7期31卷 24-37页

作者：李永乐向活跃强士中西南交通大学桥梁工程系四川成都610031

风-列车-桥(简称风-车-桥)系统耦合振动涉及多学科交叉,是双重随机激励作用下的时变耦合系统,是研究列车抗风安全性的主要方法之一。从提出风-车-桥的概念以来,国内外学者对此进行了大量的研究,取得了积极的进展,为进一步促进风-车-桥... 详细信息

风-列车-桥(简称风-车-桥)系统耦合振动涉及多学科交叉,是双重随机激励作用下的时变耦合系统,是研究列车抗风安全性的主要方法之一。从提出风-车-桥的概念以来,国内外学者对此进行了大量的研究,取得了积极的进展,为进一步促进风-车-桥系统耦合振动的研究,从车-桥系统风荷载、车-桥耦合模型、风-车-桥耦合模型三部分出发,对风-车-桥系统研究的一些重要成果进行回顾和介绍。其中,车-桥系统风荷载部分包含静风力、抖振力(脉动风模拟和气动导纳)、风载突变效应3个方面;静风力方面,回顾车-桥静动态系统气动特性的风洞试验方法及数值模拟方法,讨论不同试验和分析方法的优缺点及其适用的情况;抖振力方面,介绍脉动风模拟方法以及气动导纳的计算方法;风载突变方面,介绍横风作用下列车过桥塔及双车交会时风洞试验和数值模拟方法。车-桥耦合振动模型部分,回顾车辆分析模型和车-桥系统的求解方法。风-车-桥耦合模型部分包含分析模型、耦合机理和实际应用3个方面,回顾风-车-桥系统的耦合机理,结合实例介绍风-车-桥系统耦合振动方法的实际应用。最后,结合当前风-车-桥系统研究的不足之处,提出车-桥动态系统气动特性的风洞试验技术、风-车-桥系统的精细化分析模型、现场实测、可靠度及其评价准则是其今后的主要研究方向。

关键词：桥梁工程风-车-桥系统综述风洞试验耦合振动气动特性