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考虑剪切变形的钢-混组合梁动力特性解析解

铁道学报 2023年第6期45卷 161-168页

作者：孙琪凯张楠刘潇北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

考虑混凝土板和钢梁的剪切变形以及两者分界面处的相对滑移的影响,推导了钢-混组合梁包含黏性阻尼的运动微分方程,得到了其自振特性的解析表达式,并讨论了振型的正交性。分析模型中采用更加符合钢-混组合梁运动状态的子梁独立剪切角假设... 详细信息

考虑混凝土板和钢梁的剪切变形以及两者分界面处的相对滑移的影响,推导了钢-混组合梁包含黏性阻尼的运动微分方程,得到了其自振特性的解析表达式,并讨论了振型的正交性。分析模型中采用更加符合钢-混组合梁运动状态的子梁独立剪切角假设,提高频率的计算精度。对比分析该理论、子梁相同剪切角假设的Timoshenko组合梁理论、Euler-Bernoulli组合梁理论、Ansys数值分析和试验测试结果。结果表明:提出的理论计算模型比其他两种理论计算模型的精度更高;剪切变形对钢-混组合梁动力性能的影响不可忽略,且混凝土板和钢梁的剪切角不可假定为相等的。

关键词：钢-混组合梁剪切变形自振频率解析解

高速铁路钢-混结合箱梁桥车致振动与结构噪声预测分析与试验验证

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土木工程学报 2023年第4期56卷 41-50页

作者：刘潇张楠孙琪凯北京交通大学北京100044

为了高效、快速地进行钢-混结合箱梁车致振动与结构噪声的预测,基于虚拟激励法-辛方法(PEM-SM),将轨道不平顺作为平稳性的随机激励,轨道结构视为无限长的周期性子结构,在频域内求解轨道系统的动力响应,建立有限元-边界元(FE-BEM)、统计... 详细信息

为了高效、快速地进行钢-混结合箱梁车致振动与结构噪声的预测,基于虚拟激励法-辛方法(PEM-SM),将轨道不平顺作为平稳性的随机激励,轨道结构视为无限长的周期性子结构,在频域内求解轨道系统的动力响应,建立有限元-边界元(FE-BEM)、统计能量(SEA)混合预测模型。将一32m高速铁路钢-混结合箱梁声振试验结果作为依据,验证所提方法与预测模型的有效性。分析结果表明:桥梁总振级和总声压级整体随着列车速度的增加而增大;钢梁腹板的总振级和总声压级均大于钢梁上翼缘和底板,腹板也是主要的声辐射构件。

关键词：钢-混结合箱梁振动与结构噪声虚拟激励法-辛方法频域分析

考虑剪切变形的连续钢-混组合梁动力特性分析

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振动与冲击 2023年第2期42卷 258-266页

作者：孙琪凯张楠刘潇北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

考虑剪切变形和剪切滑移的影响,提出了一种适用于分析连续钢-混组合梁(steel-concrete composite continuous beams, SCCCBs)动力特性的理论模型。把连续钢-混组合梁的n-1个中间支撑代替为未知反力Ri(i=n-1),从而连续组合梁的动力学问... 详细信息

考虑剪切变形和剪切滑移的影响,提出了一种适用于分析连续钢-混组合梁(steel-concrete composite continuous beams, SCCCBs)动力特性的理论模型。把连续钢-混组合梁的n-1个中间支撑代替为未知反力Ri(i=n-1),从而连续组合梁的动力学问题退化为承受未知荷载的简支组合梁动力学问题。通过Laplace变换和逆变换,得到包含未知反力的振型函数。代入梁端和中间支撑边界条件,即可获得关于n-1个未知反力的线性方程组,由其系数矩阵行列式不为0即可求得自振频率。模型中把混凝土子梁和钢梁分别按照独立的Timoshenko梁单元考虑,相比于子梁同剪切转角假设模型和不考虑剪切变形的模型,具有更高的计算精度。最后,分析了剪切变形、边中跨比和跨高比等因素对连续钢-混组合梁自振特性的影响。结果表明:该理论计算结果具有更高的计算精度;当L/(nh)>10时,可忽略剪切变形对连续钢-混组合梁自振频率的影响。

关键词：连续钢-混组合梁(SCCCB) 剪切变形自振特性边中跨比跨高比

基于Timoshenko梁理论的钢-混组合梁动力刚度矩阵法

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工程力学 2022年第8期39卷 149-157页

作者：孙琪凯张楠刘潇北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于Timoshenko梁理论提出了适用于分析钢-混组合梁自振特性的动力刚度矩阵法,该计算模型中考虑了钢-混结合面剪切滑移、剪切变形和转动惯量的综合影响。动力刚度矩阵推导过程中未引入近似位移场或力场,因此,计算结果是准确的。与其他Ti... 详细信息

基于Timoshenko梁理论提出了适用于分析钢-混组合梁自振特性的动力刚度矩阵法,该计算模型中考虑了钢-混结合面剪切滑移、剪切变形和转动惯量的综合影响。动力刚度矩阵推导过程中未引入近似位移场或力场,因此,计算结果是准确的。与其他Timoshenko梁模型最大的不同是假设混凝土子梁和钢梁分别具有独立的剪切角,这个假设更加符合组合梁的实际运动,因此,计算结果更加准确。与已发表文章中的试验梁频率计算结果作对比分析;并讨论了不同剪力键刚度、跨高比时,剪切变形和转动惯量对钢-混组合梁自振频率的影响。结果表明:相对于已有的Euler-Bernoulli组合梁、子梁转角相同假设的Timoshenko组合梁模型,文中计算方法具有更高的计算精度,尤其是对于高阶频率;频率越高、剪力键刚度越大或跨高比越小,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差越大;对于1阶、2阶和3阶频率,高跨比分别大于10、18和25后,Euler-Bernoulli组合梁模型计算结果误差小于5%。

关键词：桥梁工程动力刚度矩阵法 Timoshenko梁理论子梁独立剪切角跨高比

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基于虚拟激励法列车脱轨系数概率统计研究

工程力学 2022年第1期39卷 219-227页

作者：周子骥张楠孙琪凯北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为探讨高速铁路列车脱轨系数安全指标的随机特性,基于虚拟激励法与极值理论,采用多体动力学理论与有限元法建立车桥随机振动模型。采用垂向密贴、横向线性蠕滑轮轨关系建立车-桥耦合系统动力学方程;运用虚拟激励法将轨道不平顺转化为一... 详细信息

为探讨高速铁路列车脱轨系数安全指标的随机特性,基于虚拟激励法与极值理论,采用多体动力学理论与有限元法建立车桥随机振动模型。采用垂向密贴、横向线性蠕滑轮轨关系建立车-桥耦合系统动力学方程;运用虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列频率点处简谐荷载的叠加,将非平稳问题转化为确定性的时间历程问题,通过分离迭代法求得轮轨力功率谱;基于调制函数,采用谐波叠加法在每一时刻求和得到轮轨力时程样本;通过极值理论探究脱轨系数最大值概率分布函数并求得其最大值。同时讨论了不同挠跨比情况下,轮轨力功率谱的平稳特性。基于该计算模型,以24.6 m混凝土简支梁为研究对象,研究不同车速下脱轨系数极值分布情况。研究结果表明:极值分布能很好的求得不同车速下的脱轨系数极值;速度越大,脱轨系数极值分布的离散型越强,对应的99.73%置信度脱轨系数值越大;置信度99.73%对应极值能较好的控制住时域样本最大值;就所研究的工况而言,桥梁变形对轮轨力功率谱平稳特性的影响很小。

关键词：高速铁路脱轨系数虚拟激励法(PEM) 极值理论随机振动

基于Timoshenko梁理论的钢-混组合梁动力折减系数

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吉林大学学报（工学版） 2023年第2期53卷 488-495页

作者：孙琪凯张楠刘潇周子骥北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于Timoshenko梁理论,推导了考虑剪切滑移影响的钢-混组合梁的运动微分方程,得到了简支钢-混组合梁的自振频率和振型的显式解析表达式。提出了更适用于钢-混组合梁动力分析的动力折减系数,并给出了“刚度折减系数”和“频率折减系数”... 详细信息

基于Timoshenko梁理论,推导了考虑剪切滑移影响的钢-混组合梁的运动微分方程,得到了简支钢-混组合梁的自振频率和振型的显式解析表达式。提出了更适用于钢-混组合梁动力分析的动力折减系数,并给出了“刚度折减系数”和“频率折减系数”的解析表达式。与已有基于Euler-Bernoulli梁理论的动力折减系数进行了对比分析,讨论了剪力键刚度、剪切变形、转动惯量、跨高比对频率折减系数的影响。结果表明:当进行钢-混组合梁动力分析时,尤其是跨高比较小的组合梁,可以忽略转动惯量的影响,但不可忽略剪切变形的影响。

关键词：桥梁工程钢-混组合梁动力折减系数剪切变形界面剪切滑移解析解

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高速铁路32 m简支梁振动能量传递规律

铁道建筑 2023年第12期63卷 82-85页

作者：李克冰孙琪凯张楠班新林中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

随着列车运行速度的提高,车致振动能量显著增加。本文以高速铁路32 m简支梁为研究对象,通过车-线-桥耦合动力分析,研究振动能量在钢轨、轨道板、底座板、梁体间的传递规律,提出更高速度条件下的桥面板动力系数。结果表明:钢轨振动能量... 详细信息

随着列车运行速度的提高,车致振动能量显著增加。本文以高速铁路32 m简支梁为研究对象,通过车-线-桥耦合动力分析,研究振动能量在钢轨、轨道板、底座板、梁体间的传递规律,提出更高速度条件下的桥面板动力系数。结果表明:钢轨振动能量占比在2%以内,轨道板能量占比为10%~20%,底座板能量占比为15%~35%;桥梁刚度对系统能量流传递具有显著影响,主要通过影响结构的共振速度而影响系统能量流的传递;轨道板结构形式主要影响轨道板和底座板之间的能量占比,CRTSⅢ型轨道板系统中的轨道板能量占比明显小于CRTSⅠ型和CRTSⅡ型轨道板;为保证时速440 km范围内运营列车作用下的桥面板动效应不超过设计荷载作用下桥面板动效应,采用CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型轨道板的高速铁路简支梁桥面板动力系数分别为1.22、1.18、1.10。

关键词：高速铁路桥梁简支梁车致振动能量车桥耦合分析桥面板动力系数

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静压钢管桩加固既有桥梁桩基试验研究

静压钢管桩加固既有桥梁桩基试验研究

作者：孙琪凯中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

桥梁桩基加固时,一般较多采用增设混凝土灌注桩或预制桩的方案,但是混凝土灌注桩“被动加固”的方式无法满足所有桥墩基础加固的需求,笔者对“主动加固”的静压钢管桩加固既有桥梁桩基进行了系统的试验研究。主要研究成果如下:1、系统... 详细信息

桥梁桩基加固时,一般较多采用增设混凝土灌注桩或预制桩的方案,但是混凝土灌注桩“被动加固”的方式无法满足所有桥墩基础加固的需求,笔者对“主动加固”的静压钢管桩加固既有桥梁桩基进行了系统的试验研究。主要研究成果如下:1、系统地总结了桥梁桩基常见病害及常规加固方法,介绍了静压钢管桩加固方法,并分析了该加固方法的国内外研究成果。2、在分析现行建筑桩基规范、桥梁桩基规范和既有研究成果等基础上,提出了一套静压钢管桩加固既有桥梁桩基的设计方法。3、基于理论计算和试验方法,研究了加固施工过程中结构薄弱截面受力、压桩对既有桩基的挤压作用、锁定力稳定性等加固施工中关键技术。4、提出了一套静压钢管桩加固效果试验检测评估方法,并评估了静压钢管桩实例工程的加固效果。以上研究可以为静压钢管桩加固既有桥梁桩基提供指导和帮助。

关键词：桩基加固静压钢管桩主动加固关键技术加固效果评估

基于等效单层理论的钢-混组合梁动力分析方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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振动与冲击 2021年第17期40卷 92-98页

作者：孙琪凯张楠张冰刘潇程泽农陶晓燕北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081 中铁工程设计咨询集团有限公司城市轨道交通设计研究院北京100055

基于Reddy高阶梁理论和黏结滑移理论,提出了钢-混组合梁动力分析的等效单层理论有限元计算模型。模型中考虑了混凝土板与钢梁之间的剪切滑移和各子梁剪切变形的影响。钢-混组合梁的轴向位移沿梁高假定为三阶函数,从而可以更加准确的模... 详细信息

基于Reddy高阶梁理论和黏结滑移理论,提出了钢-混组合梁动力分析的等效单层理论有限元计算模型。模型中考虑了混凝土板与钢梁之间的剪切滑移和各子梁剪切变形的影响。钢-混组合梁的轴向位移沿梁高假定为三阶函数,从而可以更加准确的模拟剪切应力的抛物线变化。该计算模型的优点是预先在构建的组合梁高阶位移场中考虑了子梁间的剪力连续性和上下表面无剪应力条件,使得到的等效单层位移场函数中不包含横向位移的一阶导数,从而在有限元计算时只需要使用C^(0)连续的插值函数。最后,通过与已发表的论文中数值结果对比,说明了该计算模型的合理性、适用范围和计算精度。结果表明:等效单层理论可适用于分析钢-混组合梁的自振特性,具有较高的计算精度;且高跨比越大,该计算模型的优势越明显。

关键词：钢-混组合梁等效单层理论 C^(0)连续插值函数相对滑移动力分析