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基于车桥耦合振动的双层钢桁梁斜拉桥行车舒适度分析

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沈阳建筑大学学报(自然科学版) 2025年第1期41卷 95-104页

作者：陈建兵徐同源刘晨光匡冠桦苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 连云港港口控股集团赣榆有限公司江苏连云港222111

探究车辆在双层钢桁梁斜拉桥的行车舒适性,为优化双层桥梁结构设计理论提供依据。以车桥耦合振动理论为基础,利用ANSYS分析软件进行数值模拟,通过求解车体的振动加速度,并根据《机械振动和冲击—评估人体暴露于全身振动的情况》(ISO2631... 详细信息

探究车辆在双层钢桁梁斜拉桥的行车舒适性,为优化双层桥梁结构设计理论提供依据。以车桥耦合振动理论为基础,利用ANSYS分析软件进行数值模拟,通过求解车体的振动加速度,并根据《机械振动和冲击—评估人体暴露于全身振动的情况》(ISO2631-1)中均方根乘值法对乘车舒适性进行评价,探究了单(双)层加载、车速、车载质量、桥面不平顺度、车辆间距、车辆数目等因素对行车舒适性的影响。相较于单层通车,上下层同时通车时车体的振动强度略微降低;当车载质量越小或车速越大时,车体的加速度均方根值会逐渐增大;路面对车体振动强度影响较大,当路面等级处于较差的D级和E级时,车体振动强度会成倍增加。双层同时加载时,车辆的行车舒适性略优于单层通车;保持适当的车速或增大车载质量可以提高司乘人员的行车舒适性;行车舒适性对于路面等级较为敏感,当路面等级较差时,车内司乘人员受其影响无法长时间乘车。

关键词：双层钢桁梁斜拉桥车桥耦合加速度均方根乘值法行车舒适性

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车桥耦合系统动力分析的模态综合技术

清华大学学报（自然科学版） 2002年第8期42卷 1083-1086页

作者：程保荣周玉勋清华大学工程力学系北京100084

当高速重载车辆或者装载贵重和精密仪器的车辆过桥时 ,必须对车也进行动力分析 ,以保证车、桥以及车内物品的安全。为此对车和桥均进行有限元离散 ,建立耦合系统模型 ,在求得桥的响应的同时 ,得到车上关键点的位移。移动质量和移动阻尼... 详细信息

当高速重载车辆或者装载贵重和精密仪器的车辆过桥时 ,必须对车也进行动力分析 ,以保证车、桥以及车内物品的安全。为此对车和桥均进行有限元离散 ,建立耦合系统模型 ,在求得桥的响应的同时 ,得到车上关键点的位移。移动质量和移动阻尼使整体系统矩阵不对称且具有时变性 ,引入模态综合技术有效降低耦合系统自由度 ,减小计算量。算例显示某些情形下耦合系统响应分析中车的动力放大效应比桥更显著。对运载重要设备的车辆来说 ,车载装置的安全与桥的安全具有同样重要的意义 ,都应该加以研究。

关键词：车桥耦合模态综合时变系统动力分析

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车桥耦合下钢桥面沥青铺装层动力响应研究

工程力学 2019年第12期36卷 177-187页

作者：李梦琪张锋冯德成于丽梅辽宁省交通规划设计院有限责任公司辽宁沈阳110166 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院黑龙江哈尔滨150090 吉林省交通科学研究所吉林长春130012

为了研究钢桥面沥青铺装层的动力响应,将车辆车体看成刚体并以匀速进行运动,车辆悬架与车轮均视为由弹簧和阻尼器所组成,将桥面沥青铺装层和钢板视为双层连续粘弹性薄板,并以铺装层表面不平度作为系统的附加激励,车辆和桥面铺装层间采... 详细信息

为了研究钢桥面沥青铺装层的动力响应,将车辆车体看成刚体并以匀速进行运动,车辆悬架与车轮均视为由弹簧和阻尼器所组成,将桥面沥青铺装层和钢板视为双层连续粘弹性薄板,并以铺装层表面不平度作为系统的附加激励,车辆和桥面铺装层间采用点接触模型,最终建立车辆-沥青铺装层-钢桥耦合动力学模型,进而采用Wilson-θ法求解系统方程组。在此基础上,应用Fortran语言实现模型的计算,并结合现场测试结果验证程序的准确性和可靠性。研究结果表明:对于钢桥面沥青铺装层,移动车辆产生的动力效应显著,随着后轴轴重的增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力呈线性增加;随着行车速度增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力上下波动变化,但两者均在60 km/h的行车速度下数值达到最大;桥梁跨径和桥面宽度对铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间最大剪应力的影响较为显著,桥梁跨径的影响尤为明显。

关键词：道路工程沥青铺装层钢桥车桥耦合动力响应

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车桥耦合振动分析的Haar小波方法

振动与冲击 2007年第4期26卷 77-80页

作者：张纯胡振东仲政同济大学航空航天与力学学院上海200092

利用Haar小波方法对车桥系统耦合振动问题进行了求解,得到了随机路面不平顺作用下车辆行驶速度与车辆、桥梁振动水平的关系。通过与传统的Runge-Kutta法进行比较可以看出,Haar小波方法在车桥耦合动力响应计算方面,具有计算时间少、计算... 详细信息

利用Haar小波方法对车桥系统耦合振动问题进行了求解,得到了随机路面不平顺作用下车辆行驶速度与车辆、桥梁振动水平的关系。通过与传统的Runge-Kutta法进行比较可以看出,Haar小波方法在车桥耦合动力响应计算方面,具有计算时间少、计算准确性高的优势。

关键词：车桥耦合振动 Haar小波 Runge—Kutta法

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车桥耦合系统的非线性动力分析

振动与冲击 2007年第8期26卷 104-108页

作者：肖勇刚朱素红长沙理工大学桥梁与结构工程学院长沙410076 南昌工程学院土木工程系南昌330099

研究了车桥耦合系统的非线性动力特性。基于哈密尔顿能量原理和欧拉-贝努利梁假设,考虑梁的几何非线性影响,建立了移动振动车辆模型下桥梁的耦合非线性振动方程,应用伽辽金法和Runge-Kutta法对方程进行求解,算例中探讨了车辆质量、车速... 详细信息

研究了车桥耦合系统的非线性动力特性。基于哈密尔顿能量原理和欧拉-贝努利梁假设,考虑梁的几何非线性影响,建立了移动振动车辆模型下桥梁的耦合非线性振动方程,应用伽辽金法和Runge-Kutta法对方程进行求解,算例中探讨了车辆质量、车速、桥梁阻尼和桥跨径等参数对车-桥耦合系统非线性振动性能的影响。

关键词：车桥耦合移动荷载非线性振动 Runge-Kutta法

考虑车轮接触面效应的车桥耦合振动分析方法研究

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中国公路学报 2024年第11期37卷 152-163页

作者：张龙威尹诗定曹君辉袁帅华邵旭东湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

当前公路车桥耦合振动系统普遍采用单点力轮胎模型,忽略了车轮的空间荷载效应对车桥耦合的影响,较难真实地模拟车辆对桥梁的动力响应。为解决这一问题,提出了一种考虑车轮接触面效应的车桥耦合理论与建模方法。首先,根据车辆轮胎实际的... 详细信息

当前公路车桥耦合振动系统普遍采用单点力轮胎模型,忽略了车轮的空间荷载效应对车桥耦合的影响,较难真实地模拟车辆对桥梁的动力响应。为解决这一问题,提出了一种考虑车轮接触面效应的车桥耦合理论与建模方法。首先,根据车辆轮胎实际的接触面积,建立由均匀分布的弹簧-阻尼单元组成的多点力车轮模型,代替传统的单点力轮胎模型,构建考虑车轮接触面效应的车桥耦合运动平衡方程;然后,基于新的建模方法,运用LS-DYNA分别建立了简支T梁和板桥的车桥仿真模型,与现有研究结果进行对比,研究车轮的空间荷载效应;最后,结合钢桥面的实桥动力试验和仿真结果,验证了多点车轮力接触模型的准确性和可行性。结果表明:对于T梁桥和板桥,车轮的空间荷载效应会在一定程度上削弱车桥的动力响应,且随着桥梁刚度的减小及路面状况的变差而越发明显。其中,板桥在E级路面下的多点力模型所对应的最大动态响应比相应的单点力模型结果低4.94%。对于结构局部刚度更小的钢桥面桥梁,未考虑车轮接触的单点模型的计算结果会明显高估桥梁的动态响应,在面板处测点最大动态响应计算值比实测值高8.83%。相比之下,考虑车轮接触面效应的仿真结果与实测值更为接近,不同疲劳细节处所对应的误差都在2%以内,U肋处的误差仅为0.33%。因此,考虑车轮接触面效应车桥耦合系统能更真实地反映桥梁尤其是钢桥面结构的车桥动力性能。

关键词：桥梁工程车桥耦合数值模拟车轮接触模型路面粗糙度钢桥面实桥试验

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铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

中国铁道科学 2004年第5期25卷 61-66页

作者：单德山李乔西南交通大学土木工程学院四川成都610031

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCB... 详细信息

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。

关键词：铁路桥梁曲线连续梁车桥耦合振动分析

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基于全过程迭代的车桥耦合动力系统分析方法

中国铁道科学 2013年第5期34卷 32-38页

作者：张楠夏禾北京交通大学土木建筑学院北京100044

以刚体动力学方法建立车辆子系统方程,以有限元法建立桥梁子系统方程,以竖向轮轨密贴假定和横向简化的Kalker理论定义轮轨接触关系,以轨道不平顺作为激励,采用全过程迭代法求解车桥耦合系统动力平衡方程。先假定桥梁子系统无变形求解车... 详细信息

以刚体动力学方法建立车辆子系统方程,以有限元法建立桥梁子系统方程,以竖向轮轨密贴假定和横向简化的Kalker理论定义轮轨接触关系,以轨道不平顺作为激励,采用全过程迭代法求解车桥耦合系统动力平衡方程。先假定桥梁子系统无变形求解车辆方程,得到车辆运动状态和轮轨作用力时程;将得到的轮轨力作用于桥梁,计算桥梁子系统的运动状态;叠加桥面运动时程和轨道不平顺,形成新的车辆轮对激励;进行下一步迭代,直至前后2次迭代中计算的轮轨力满足收敛条件。此方法可避免时间步内车桥两子系统间的迭代过程,较易通过人为干预迭代过程促进计算收敛,提高车桥耦合动力分析的计算效率。应用此方法和传统时间步内迭代法对30t轴重货车通过跨度(70+3×120+70)m连续刚构桥的车桥耦合动力系统分析结果表明,此方法的计算效率较传统时间步内迭代方法高,方程求解次数仅为传统时间步内迭代方法的44%。

关键词：车桥耦合动力系统全过程迭代动力分析

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钢管混凝土系杆拱桥车桥耦合振动分析

北京工业大学学报 2012年第6期38卷 847-853页

作者：杨建荣李建中申俊昕昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 同济大学桥梁工程系上海200092 云南省交通规划设计研究院昆明650011

为了研究钢管混凝土系杆拱桥在车辆荷载作用下的动力冲击效应,综合采用包括空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元模型和三维7自由度车辆模型,通过数值模拟车、桥动力相互作用,计算得到桥梁的位移、内力响应及对应动力放大系数,研究桥梁... 详细信息

为了研究钢管混凝土系杆拱桥在车辆荷载作用下的动力冲击效应,综合采用包括空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元模型和三维7自由度车辆模型,通过数值模拟车、桥动力相互作用,计算得到桥梁的位移、内力响应及对应动力放大系数,研究桥梁不同构件所受到的动力冲击作用及主要影响因素,分析桥梁不同位置加速度响应的频谱特征.结果表明,桥梁局部构件的动力冲击系数常超过规范取值,且路面不平度是最主要的影响因素;长、短吊杆的动力冲击系数差异很大,短吊杆的受力和抗疲劳性能远低于长吊杆.

关键词：车桥耦合钢管混凝土系杆拱桥动力放大系数