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基于可靠度的高墩大跨连续刚构桥的行车舒适性研究

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基于可靠度的高墩大跨连续刚构桥的行车舒适性研究

作者：万林云长沙理工大学

学位级别：硕士

车辆过桥时，车辆荷载会使桥梁产生振动，桥梁的振动又会反过来影响车辆，使其产生振动效应，这种车与桥之间的耦合作用就是车桥系统的耦合振动，相比静止的荷载而言，移动车辆荷载会对桥梁产生更大的动力响应。连续刚构桥以其构造上的... 详细信息

车辆过桥时，车辆荷载会使桥梁产生振动，桥梁的振动又会反过来影响车辆，使其产生振动效应，这种车与桥之间的耦合作用就是车桥系统的耦合振动，相比静止的荷载而言，移动车辆荷载会对桥梁产生更大的动力响应。连续刚构桥以其构造上的优点以及良好的技术经济性，使得刚构桥这一桥型在我国被大量建造，现今的连续刚构桥正在向高桥墩、大跨度以及轻型化方向发展，公路梁桥的广泛应用以及重载车辆的大量涌现，车辆运行速度的不断提高，加剧了车桥耦合系统振动的动力响应，对高墩大跨连续刚构桥的使用安全性产生了威胁，同时也会对行车舒适性产生不利影响，本文利用编制的车桥耦合分析程序研究了车桥耦合系统的振动特性和车辆的行驶舒适性，主要研究内容如下：（1）分析了车桥耦合古典模型和现代车辆模型，并介绍了3种现代车辆模型的运动微分方程，最后选用两轴7自由度的空间整车模型作为本文研究的车辆模型。（2）利用车桥耦合分析程序对该高墩大跨连续刚构桥的振动响应与冲击系数进行了研究，得出了桥梁振动响应和冲击系数随不同车辆、桥梁参数变化的规律，车速、路面等级、车重和桥梁阻尼比等都是影响该桥振动响应的重要因素。（3）引入IS02631评价标准，对该桥的行车舒适性进行评价，并分析了影响行车舒适性的原因，研究表明，车速、路面等级和车重对行车舒适性有很大影响;最后，基于统计的随机车流数据对行车舒适性进行了可靠性评价。本文的研究内容为国家自然科学基金“随机车流作用下高墩大跨桥梁的振动特性及行车舒适性研究”(基金号：51108045);“风环境下车辆在公路及桥梁上安全行驶的可靠度评估、对策与管理系统”(基金号：51178066);湖南省交通科技项目(编号：201130)的部分内容。

关键词：高墩大跨连续刚构桥车桥耦合行车舒适性冲击系数可靠度

先简支后结构连续梁桥徐变上拱对行车舒适性影响研究

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先简支后结构连续梁桥徐变上拱对行车舒适性影响研究

作者：胡有余重庆交通大学

学位级别：硕士

先简支后结构连续梁桥具有施工速度快、模板化制作、成品梁质量高、行车舒适性好等优点,目前在山区高速公路中小跨度梁式桥中被广泛采用。众所周知,中小跨度梁式桥活横载比较大,在预应力的作用下易产生较大的反拱。混凝土的徐变,对反拱... 详细信息

先简支后结构连续梁桥具有施工速度快、模板化制作、成品梁质量高、行车舒适性好等优点,目前在山区高速公路中小跨度梁式桥中被广泛采用。众所周知,中小跨度梁式桥活横载比较大,在预应力的作用下易产生较大的反拱。混凝土的徐变,对反拱有两方面的作用,一方面引起预应力损失使反拱得以减小;另一方面使构件混凝土截面应变增加,从而加大了负曲率,因此反拱增大。一般来说,后一项是主要的,以致尽管预应力减小,反拱却在不断增加。桥面上拱度过大将显著降低司乘人员的行车舒适性。对于行车舒适性的影响国内外专家在铁路方面作了较多的研究,而在公路方面研究较少。随着我国高速公路里程的增加和轿车家庭化趋势发展,国民乘坐汽车出行比例愈来愈高,高速行车的舒适性将受到司乘人员愈来愈多的关注。山区高速公路中桥梁占路线长度的比例高且绝大数为中小跨径预应力混凝土桥梁,其行车舒适性研究必将得到更多的重视。本文针对先简支后结构连续梁桥开展了混凝土徐变效应分析与计算、车桥耦合动力分析与计算、高速行车舒适性分析与评价、混凝土后期徐变上拱限值计算,从设计和施工两方面提出了控制混凝土徐变上拱度具体措施等系列研究,内容系统性强。首先从理论上给出了先简支后连续梁桥徐变计算公式,通过工程实例计算先简支后结构连续梁桥徐变效应发现混凝土徐变变形主要产生在简支梁预制存梁阶段,其徐变变形完成徐变总变形(先期徐变变形+后期徐变变形)的81%。其次介绍了动力反应数值解法,建立了车桥耦合振动方程,提出采用Newmark法求解动力反应方程,大大简化了计算且数值结果精度能满足工程实际要求。以加速度振动均方值作为行车舒适性的评价指标,得到了不同跨度、不同跨数、不同行车速度下的混凝土后期徐变上拱限值。最后为改善徐变过度上拱所形成的波浪形桥面,提出对于新建桥梁,应提倡采用部分预应力和精细化设计,降低预应力度,优化预应力束布置;对于预制梁拱度对桥面铺装厚度的影响,在常用跨度和跨数组合范围内,可采用减小跨中铺装厚度、加大墩顶铺装厚度的方法予以改善。综上所述,本文研究成果对于预防先简支后结构连续梁桥出现徐变上拱引起高速行车舒适性问题,以及降低维护成本有重要理论和实用价值。

关键词：先简支后结构连续梁桥徐变上拱车桥耦合振动行车舒适性

基于加速度干扰的路面平整度评价与行车舒适性研究

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科学技术与工程 2017年第2期17卷 116-119,125页

作者：许伦辉宋聪聪华南理工大学土木与交通学院广州510640 江西理工大学电气工程与自动化学院赣州341000

公路路面平整度与行车舒适性密切相关。在分析路面平整度评价指标的基础上,提出了用垂直方向振动加速度干扰来评价公路路面的行车舒适性。结合路面的正弦波理论,建立垂直方向的振动加速度干扰模型,最后,通过实例仿真,将模型应用于行车... 详细信息

公路路面平整度与行车舒适性密切相关。在分析路面平整度评价指标的基础上,提出了用垂直方向振动加速度干扰来评价公路路面的行车舒适性。结合路面的正弦波理论,建立垂直方向的振动加速度干扰模型,最后,通过实例仿真,将模型应用于行车舒适性评价,并分析路面振幅、波长与速度对加速度干扰及行车舒适性的影响。新模型的建立既能为行车舒适性提供准确的评价指标,达到定量分析的目的,又能在道路路面设计阶段提供一定的参数设计依据。

关键词：路面平整度行车舒适性评价指标正弦波理论加速度干扰

基于轨道线形波段分离的大跨度铁路桥梁行车舒适性评价

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基于轨道线形波段分离的大跨度铁路桥梁行车舒适性评价

作者：何鑫西南交通大学

学位级别：硕士

因高速铁路具有速度较快、安全性好、输送力强、舒适方便、能耗较低等优点,在国内外的交通运输中得到快速发展。近年来伴随着高速铁路列车的运营速度不断提升以及高速重载铁路的快速发展,列车轮对与轨道之间的激励越来越强。轨道几何形... 详细信息

因高速铁路具有速度较快、安全性好、输送力强、舒适方便、能耗较低等优点,在国内外的交通运输中得到快速发展。近年来伴随着高速铁路列车的运营速度不断提升以及高速重载铁路的快速发展,列车轮对与轨道之间的激励越来越强。轨道几何形位是列车轮轨系统的激扰源,对机车车辆振动和轮轨力的影响较大,导致轨道几何形位成为影响列车安全性和舒适性的重要因素。研究列车运行平稳性和舒适性时,轨道不平顺就显得尤为重要。目前对于大跨度桥梁行车舒适性的研究备受关注,本文以行车舒适性为控制目标,探讨了基于轨道线形波段分离的大跨度桥梁行车舒适性的评价。主要研究工作如下:(1)通过分析桥梁变形的不同变形线形与其对应的车辆振动加速度的关系,以及车辆加速度对轨道位移幅值的频响函数,确定了长短波分离的可行性和分离界限。并对长短波部分加速度的近似解作了介绍,通过弦测矢度值可得短波加速度近似解,曲率计算可得长波加速度近似解。然后介绍了目前长短波滤波分离所遇到的信号泄露问题,并通过改进现有滤波器有效减小了泄露问题。(2)分析现有的轨道不平顺弦测方法,静态弦测方法不能反应列车过桥时车桥的相互作用,现有的动态弦测方法也存在精度上的缺陷。为了进一步提升检测精度,本文提出了三测点的桥上动态弦测方法。通过比较不同检测方法和列车振动响应时程曲线的相似性,发现三测点的桥上动态弦测矢度值能更好的反映列车加速度响应的规律。(3)研究了轨道随机不平顺、桥梁附加变形短波的加速度组合关系,通过与轨道随机不平顺、桥梁附加变形短波叠加后的加速度相比,结果表明轨道随机不平顺、桥梁附加变形短波的加速度基本满足“平方和开平方(SRSS)”组合关系。然后用加速度近似解替换组合公式里的加速度,再进行计算和推导,发现轨道随机不平顺、桥梁附加变形短波的加速度近似解也满足“平方和开平方”组合关系。同理,将该组合关系推导至长短波的加速度组合,结果表明轨道随机不平顺、桥梁附加变形短波和桥梁附加变形长波三种轨道变形的加速度近似解满足“平方和开平方”组合关系。最后通过该组合关系式,反推出以弦测法幅值为指标的舒适性控制标准。以达到更为简单方便的控制大跨桥的行车舒适性的目的。

关键词：大跨度桥梁轨道不平顺动态弦测行车舒适性滤波

横风作用下大跨度钢桁梁悬索桥疲劳和行车舒适性分析

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横风作用下大跨度钢桁梁悬索桥疲劳和行车舒适性分析

作者：李嘉隆中南大学

学位级别：硕士

随着高速公路网络向西部地区不断延伸,跨越高山峡谷的大跨桥梁不断增加,桥面处风速往往较大,强风荷载不仅会加剧桥梁的振动,还会降低桥梁的适用寿命。高山峡谷地区桥梁大多采用钢结构作为主要承重构件,在脉动风荷载和车辆荷载作用下吊... 详细信息

随着高速公路网络向西部地区不断延伸,跨越高山峡谷的大跨桥梁不断增加,桥面处风速往往较大,强风荷载不仅会加剧桥梁的振动,还会降低桥梁的适用寿命。高山峡谷地区桥梁大多采用钢结构作为主要承重构件,在脉动风荷载和车辆荷载作用下吊索和加劲梁的疲劳损伤问题显著,有必要对其加以研究。本文以桐梓河特大桥为工程研究背景,开展了一系列风洞试验获得了典型车辆的气动力系数和桥梁的静力三分力系数;通过ANSYS软件编写了风-汽车-桥梁耦合振动分析程序,分析了脉动风荷载和汽车荷载耦合作用下吊索的应力响应和疲劳损伤;并建立悬索桥多尺度有限元模型,进一步研究疲劳细节区域的应力响应和疲劳损伤。本文的主要研究工作如下:(1)基于ANSYS平台采用分离迭代法编写了风-汽车-桥梁耦合振动分析程序,与双轴空间车辆模型匀速通过简支梁的结果进行对比验证了程序的可靠性。并基于车辆与梁格法桥梁模型的几何协调关系和力学平衡关系,将风-汽车-桥梁耦合振动分析程序进行修改以适用于不同类型的桥梁模型。(2)在风洞试验中通过测力法获得三种典型车辆的气动力系数和桥梁的静力三分力系数,研究了车道位置对车辆气动力系数的影响和车流密度对桥梁静力三分力系数的影响,并采用三种车辆气动力系数拟合公式拟合了厢式货车位于车道1时车辆的气动力系数,并得到最佳的拟合公式为Kim气动力拟合公式,为后续风-汽车-桥梁耦合振动分析提供参数。(3)建立了悬索桥的单主梁有限元模型,研究了脉动风荷载和车辆荷载作用下不同位置处吊索MS01、MS16和MS29轴向应力和弯曲应力的变化规律,结果表明弯曲应力与轴向应力的量级一致,不可忽略弯曲应力的作用,并确定了吊索疲劳损伤最大处为吊索MS29。建立了不同中央扣类型的悬索桥有限元模型,分析了中央扣对桥梁模型自振特性的影响,并探究了中央扣对脉动风荷载与车辆荷载单独作用下跨中短吊索缆梁相对位移的影响规律。(4)建立结构行为一致多尺度悬索桥有限元模型,分析了随机车辆荷载作用下局部精细化模型的应力响应,确定了局部区域的多个疲劳关键部位。研究了脉动风荷载和汽车荷载作用下局部精细化模型疲劳关键区域的应力响应,并进行疲劳损伤分析,确定了疲劳损伤最大处为撑杆板件上翼缘圆弧区域。(5)研究了风屏障参数和主梁断面类型对桥上车辆行车舒适性的影响,设置了风屏障可以降低驾驶人的不舒适度,有利于提高行车过程中人体的舒适性;主梁断面类型对主梁跨中节点位移响应的影响较大,但对车辆响应和行车舒适性影响较小。图116幅,表14个,参考文献114篇

关键词：大跨度悬索桥风-车-桥耦合振动气动力系数中央扣结构疲劳损伤结构多尺度模拟行车舒适性

汽车—列车作用下公铁两用桥的动力响应及行车舒适性研究

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汽车—列车作用下公铁两用桥的动力响应及行车舒适性研究

作者：安会峰中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

汽车的振动、桥梁结构的振动及列车的振动会相互影响、相互作用,即汽车—桥梁—列车耦合系统的各个子结构之间总是存在着相互的耦合。同时,车速的提升、载重的增加、运行数量的增加等都会对该系统造成不同程度的影响。为了对既有公铁两... 详细信息

汽车的振动、桥梁结构的振动及列车的振动会相互影响、相互作用,即汽车—桥梁—列车耦合系统的各个子结构之间总是存在着相互的耦合。同时,车速的提升、载重的增加、运行数量的增加等都会对该系统造成不同程度的影响。为了对既有公铁两用桥的加固、安全性评定及新建桥梁结构设计提供相应的参考价值,研究不同因素对该耦合系统的影响是非常有必要的。本文首先通过MATLAB编程实现列车与简支桥梁的耦合振动,分别研究初始条件、车速、车辆载重、轨道不平顺及桥梁结构阻尼等因素对桥梁及行车舒适性的影响;对于较简单的桥梁模型该法较易实现,对于自由度比较多的公铁两用桥该方法原理较清晰,但实现难度较大,为此将其基本原理类比到ANSYS软件中,通过ANSYS软件的二次开发建立汽车或者列车的刚体模型及公铁两用桥的有限元模型,通过约束方程实现汽车—公铁两用桥—列车系统的耦合振动。考虑到桥梁上存在仅有汽车通行、仅有列车通行或汽车和列车同时通行等3种工况,本文分别考虑汽车—桥梁耦合振动、列车—桥梁耦合振动及汽车—桥梁—列车耦合振动等3种工况,分别研究车速、轨道不平顺等对该耦合系统的影响。通过本文的研究主要获得如下成果或结论:(1)轨道不平顺、车速、车辆载重都会对行车舒适性造成较大的影响,但由于本文编程中未考虑不同列车车体之间的相互影响,车辆编组对行车舒适性的影响非常小。(2)不同因素下,汽车与列车之间的相互影响是不同的,可见建立更加完善的汽车—桥梁—列车耦合振动模型是非常有必要的。(3)汽车与列车同时作用在桥梁结构上时对桥梁结构动力响应的影响并不是简单的仅有汽车或者列车时相应动力响应值的叠加。因此,要想实现桥梁结构的设计,必须要建立较完善的三种求解模型并对这三种工况去包络设计。

关键词：公铁两用桥车桥耦合行车舒适性

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行车舒适性评价方法综述

物流科技 2020年第1期43卷 124-127页

作者：周振宇万华森昆明理工大学交通工程学院

由于行车舒适性影响因素较多,研究方法主要包含主观评价法与客观评价法,目前还没有比较完整的体系来对行车舒适性进行评价。文章将主要的行车舒适性评价方法进行汇总整理,将主要的评价方法分为两类,一类是从人与车的方面阐述行车舒适性... 详细信息

由于行车舒适性影响因素较多,研究方法主要包含主观评价法与客观评价法,目前还没有比较完整的体系来对行车舒适性进行评价。文章将主要的行车舒适性评价方法进行汇总整理,将主要的评价方法分为两类,一类是从人与车的方面阐述行车舒适性评价方法;另一类是从车与路的方面阐述行车舒适性评价方法。现如今行车舒适性评价方法主要使用第一类方法,但随着智能交通的不断发展,人、车、路已经成为不可分割的整体,多种评价方法共用已经成为了一种趋势。

关键词：行车舒适性评价方法影响因素

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基于行车舒适性的车辆换道轨迹规划

基于行车舒适性的车辆换道轨迹规划

作者：周振宇昆明理工大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展以及车辆智能化程度的不断提高,车辆除了满足人们出行的基本需求外,车辆行驶过程中乘员的行车舒适性越来越成为一项重要需求。车辆换道行为作为车辆行驶过程中最为常见的一种行为,如何在车辆换道过程中提高行车舒适... 详细信息

随着经济的飞速发展以及车辆智能化程度的不断提高,车辆除了满足人们出行的基本需求外,车辆行驶过程中乘员的行车舒适性越来越成为一项重要需求。车辆换道行为作为车辆行驶过程中最为常见的一种行为,如何在车辆换道过程中提高行车舒适性是一项重要的研究内容。将行车舒适性作为评价车辆换道行为的指标,从人、车、路三方面对行车舒适性的影响因素进行了分析,分析表明车辆换道过程中的车辆振动属于影响行车舒适性的次要因素,而换道过程中受到车辆平移及旋转产生的水平或旋转的力则为主要因素。通过对车辆建立六自由度模型（车辆纵向、横向、转向的位移和车身纵倾、侧倾、横摆的旋转）,选择人体较为敏感的横向位移作为对行车舒适性影响较大的因素,并选取横向加速度作为行车舒适性的评价指标,建立了行车舒适性评价模型。选择联邦公路管理局（FHWA）启动的NGSIM车辆轨迹数据集进行车辆换道轨迹研究。针对NGSIM车辆轨迹数据集存在的误差,对车辆轨迹数据进行重构以减少误差对车辆轨迹模型的影响。本文使用小波分析、离散小波变换对车辆轨迹数据进行分解,找到数据中存在的异常值,对异常值及其附近的值使用拉格朗日插值法进行数据重构。重构后的轨迹更加符合车辆运行的真实状态。基于对NGSIM车辆轨迹的重构数据,构建了车辆换道轨迹模型和车辆速度模型。首先对车辆换道轨迹模型进行了分类,根据四阶段模型对传统几何模型的修正,确立了基于传统几何模型的三次B样条曲线对车辆换道轨迹进行曲线拟合,并通过车辆自身参数约束以及行车舒适性对曲线的约束构成对三次B样条曲线的约束条件。通过对速度阶段的划分,使用最小二乘法建立分段车辆速度模型。选择Car Sim仿真平台进行仿真实验,实验表明在仿真环境下将车辆速度、车辆横向位移以及横向加速度作为输出参数,通过对参数图像的分析,验证了本文所建立的车辆换道轨迹与速度模型符合行车舒适性的要求。本文所建立的车辆换道轨迹与速度模型,可应用于智能汽车换道轨迹规划、行车舒适性的深入研究。

关键词：行车舒适性轨迹重构 B样条曲线换道轨迹模型速度模型

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差异变形下地铁盾构隧道内行车舒适性研究

中南大学学报（自然科学版） 2020年第5期51卷 1279-1288页

作者：施成华刘建文李翔雷明锋彭立敏中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

针对地基沉降、临近施工扰动导致的工后差异变形广泛存在于我国已建地铁盾构区间隧道中,对隧道内的行车安全性和舒适性会产生影响等问题,基于赫兹非线弹性接触理论,考虑车辆、轨道、隧道、围岩的空间结构特征和相互接触关系,建立车-轨-... 详细信息

针对地基沉降、临近施工扰动导致的工后差异变形广泛存在于我国已建地铁盾构区间隧道中,对隧道内的行车安全性和舒适性会产生影响等问题,基于赫兹非线弹性接触理论,考虑车辆、轨道、隧道、围岩的空间结构特征和相互接触关系,建立车-轨-隧-围岩一体化计算模型,计算隆起变形下盾构隧道内运行车辆的轮重减载率及平稳性指标,分析地铁列车行车安全性及舒适性。从线路轨向高差和行车速度这2个主要因素出发,讨论其对行车舒适性的影响规律,探讨不同线路隆起情况下平稳行车的临界速度。研究结果表明:当盾构隧道隆起值在容许范围内且列车以正常运行速度行驶时,能够保证列车的行车安全,但对列车运行舒适性影响较大;行车舒适性与行车速度和隧道隆起程度有关,行车速度的影响程度较明显;当隧道轨向高差达到规范规定的预警值时,平稳行车速度约为80 km/h;当达到控制值时,满足行车舒适性要求的车速仅为20 km/h左右。

关键词：地铁盾构隧道车-轨-隧-围岩一体化模型差异变形行车舒适性