车速对大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动的影响分析
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｙｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＴＥＡＣ）２００６年第３期（总第３５期）交通科技与经济钢管混凝土结构早在１９世纪８０年代就已经出现，钢管混凝土技术最早是在前苏联、美国、日本以及西欧等国家得到较好的发展与应用。
在我国，钢管混凝土材料已被广泛应用于建筑行业。
在桥梁工程方面，钢管混凝土材料也被广泛采用，主要应用于大跨径拱桥，已经建成数量可观的钢管混凝土拱桥，在特殊情况下也被用为桥墩材料。
钢管混凝土组合材料，结合两种不同力学性质材料的优点，具有独特的工作特点：弹性工作而塑性破坏，承载力高而极限压缩变形大。
其应力应变关系接近于钢材的性能。
这种材料应用于拱桥，与钢筋混凝土拱桥相比，增大了拱桥的跨径，而且使桥梁结构轻盈，提高了桥梁的观赏性，这种桥型的优点在城市桥梁中表现的尤为突出。
随着国民经济的不断发展，交通量显著增长，车辆轴重不断加重，车辆数不断增加，车辆密度也随之提高，与此同时，对桥梁结构的稳定与振动性能的要求也随之提高。
随着跨度的增大，研究人员开始对钢管混凝土拱桥的动力性能也进行研究，对移动荷载作用下桥梁与车辆的动态响应也十分关注，从古典的弹簧质点体系到现代车桥相互作用理论，已经进行了不少研究，提出了一个较为综合的模型来模拟桥梁与汽车共同作用组成的系统，但在实际应用时有一定的局限性。
１车桥耦合振动在车辆动荷载作用下或者风力、地震、地面运动作用下，桥梁结构产生的振动会增大结构所受的内力，可能引起结构的局部疲劳损伤，或者会影响桥梁行车的舒适性与安全性，甚至使桥梁完全破坏。
所以，桥梁的设计计算中都包含有车辆荷载动力作用的内容；对于大跨度的吊桥、斜拉桥以及大跨度的拱桥还需要通过理论计算和模型实验，来保证架设时和建成后的动力稳定性、行车舒适性和安全性。
桥梁结构振动，是伴随着外作用输入（车辆动荷载、风力、地震波）和摩擦损耗（材料的内摩擦和连接及支承的摩擦），结构体系的变形能量和运动能量相互转换的周期过程。
体系振动受到外作用输入影响的多少，与它固有频率和输入作用的频率之比密切相关。
同样，车辆的振动，也是伴随着外作用的输入（路面、桥面对行驶车辆的作用力）和摩擦损耗，体系的变形能量和运动能量相互转化的过程。
其振动受到外作用输入影响的多少，也与其固有频率和输入作用的频率之比密切相关。
车桥耦合振动，就是当车辆行驶通过桥梁时，伴随着车辆与桥梁之间的作用力作为外作用，同时对车辆体系和桥梁结构输入，车辆和桥梁产生的相互影响、相互制约的振动。
在车桥耦合振动中，车辆任意时刻的振动情况都会改变车辆对桥梁的作用力，进而改变桥梁结构的振动情况；同样，桥梁结构任意时刻的振动情况也会改变桥梁对车辆的作用力，进而改变车辆的振动情况。
两个体系的振动相互影响、相互制约，使其可以看作一个车辆桥梁体系的振动。
车辆与桥梁的相互作用是十分复杂的现象，它受很多因素的影响，主要有：车辆的动力特性，包括车辆的轴数、轴距、轴重、自振频率以及减振装置和弹簧中摩擦装置提供的阻力；桥跨结构的动力特性，如桥跨结构的几何尺寸、结构型式、支撑条件、质量和刚度分布；车速；桥头引道与桥面平整度，桥头沉陷及伸缩装置的状况；车辆的数量和在桥上行驶的位置等。
图１依兰牡丹江钢管混凝土桥有限元模型２应用算例与分析依兰牡丹江大桥位于黑龙江省依兰古城西１ｋｍ，原哈同公路牡丹江上游２５６ｍ处，属同江———三亚公路北段黑龙江省境内，是跨越牡丹江的一座大型桥梁。
根据桥位地形特点，【摘要】钢管混凝土材料在桥梁工程中已经得到了广泛的应用，随着研究的深入展，钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的振动特性研究也备受关注。
以依兰牡丹江钢管混凝土拱桥为例，通过编制程序以及对计算结果的分析，讨论了车速对此桥梁结构的车桥耦合振动的影响，并提出相关意见，为大跨度钢管混凝土拱桥的设计提供参考。
【关键词】车速；大跨度钢管混凝土拱桥；车桥耦合振动；影响因素【中图分类号】Ｕ４４８．３４【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８－５６９６－（２００６）０２－００５２－０２车速对大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动的影响分析●刘舒１，王宗林１，王淑涛２（１．哈尔滨工业大学，哈尔滨１５００９０；２．路桥集团桥梁技术有限公司，北京１０００１０）投稿日期：２００５－１１－１０作者简介：刘舒（１９８１－），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：桥梁与隧道工程。
表１车速对车桥耦合振动影响考虑古城风貌，从美观、经济、技术先进等条件出发，经过多次专家研讨论证，最终确定主孔以２孔１０８ｍ跨径中承式钢管混凝土拱，边孔由４孔５８ｍ跨径的钢筋混凝土箱形拱和３孔８ｍ跨径Ｔ梁引桥为设计方案。
依兰牡丹江钢管混凝土拱桥是我国首座无风撑中承式钢管混凝土拱桥，也是东北第一座钢管混凝土拱桥。
依兰牡丹江钢管混凝土拱桥跨径１０８ｍ，双向两车道，桥宽１２ｍ，钢管拱主肋以分离式两组三角形钢管桁构组成，并且桥面系上不设风撑，桥梁下部采用重力式墩和埋置式桥台。
图１为该桥梁的Ａｎｓｙｓ有限元模型。
通过编制ｍａｔｌａｂ程序，对车辆以不同速度行驶在依兰牡丹江钢管混凝土拱桥上时车桥耦合振动情况进行分析，表１列出了车辆分别以３０、４０、５０、６０、７０、９０ｋｍ／ｈ的速度行驶时，跨中横梁中截面、跨中截面拱肋上弦杆的时程曲线。
３结论由表１可知，对于跨中截面，当车速由３０～４０ｋｍ／ｈ增加到５０－ｋｍ／ｈ时，桥梁结构的振动明显增强，而当车速由５０～６０ｋｍ／ｈ增加到７０～９０ｋｍ／ｈ时，桥梁的振动则显著减弱。
即当车辆以５０～６０ｋｍ／ｈ的速度行驶时，振动情况最为剧烈，车速降低或者加快振动情况都逐渐减弱。
由此可知，当车辆以不同的速度行驶在桥梁上时，桥梁的振动情况也会不同，并非速度越高振动情况越为剧烈，而是在某一车速范围内，桥梁的振动情况最为剧烈。
对于桥梁其他位置的截面在不同车速下的振动情况，应具体问题具体分析，并不是所以截面都在该车速下振动最为剧烈。
影响钢管混凝土拱桥的车桥耦合振动动力性能的因素还有很多，例如：桥梁自振频率、车辆荷载的激振频率以及桥梁结构形式对桥梁的车桥耦合振动性能的影响以及桥面平整度对桥梁结构动力性能的影响等，本文只简单讨论了车速对该桥梁跨中截面的振动特性的影响，其它因素的影响有待于进一步的讨论和研究。
由于该桥梁结构的纵向联系较弱，可以通过加强桥面系的纵向联系的方法，加大桥面系的整体刚度，使该桥梁在车辆荷载作用下的受力沿纵桥向更为均匀，提供桥梁结构的动力性能，也可以把桥面系与吊杆横梁设置为固接、各吊杆横梁之间加设纵梁等措施来提供钢管混凝土拱桥的整体刚度。
同时，应该注意桥面养护，因为随着桥面不平整度的增大，桥梁的动力放大系数也会不断增大，这也将影响到桥梁结构的动力性能。
（下转第５５页）图１特粗封层石料级配的筛分曲线图２．２含水量含水量的大小也会影响稀浆封层的厚度。
水的来源有三部分：骨料中的水，乳液中的水和外加水。
一般外加水的用量为干骨料重量的６％～１１％，而混合料总的含水量为干骨料重量的１２％～２０％，含水量太小，除混合料太稠不易摊铺外，还影响稀浆与原路面的渗透和结合，不利于裂缝修补，容易引起破乳；含水量太大，混合料太稀，乳液易流淌路外，降低油石比，同时在摊铺时易发生离析。
施工中含水量适当小些，有利于提高封层厚度，这就要求操作手根据试验结果，结合路面状况和气候变化因素及丰富的施工经验。
２．３摊铺箱高度和摊铺速度的调整适当的摊铺厚度和较慢摊铺速度，也能略增稀浆封层的厚度。
摊铺时，先调整摊铺箱，使摊铺箱周边与原路面贴紧，对于ＡＫＺＯＮＯＢＥＬＨＤ－１０型稀浆封层机而言，转动第一橡胶刮板调整手柄可调整第一橡胶刮板对路面高度以获取适当摊铺箱厚度，当摊铺箱内稀浆混合料充满１／２左右的空间时，封层机以２．５～３．０ｋｍ／ｈ的下限速度进行摊铺，就能得到较厚的稀浆封层。
２．４改性乳化沥青稀浆封层采用改性乳化沥青进行稀浆封层，能明显增加稀浆封层的厚度。
改性乳化沥青由于加入高分子活性材料，改性乳化沥青稀浆封层的封层厚度、高温稳定性、低温抗裂性、层间粘结性、耐磨性、耐久性都明显优于未加改性剂的稀浆封层。
采用改性沥青稀浆封层，对于提高稀浆封层的质量是不言而喻的。
３结束语乳化沥青稀浆封层具有广泛的适用性，是很有发展前景的公路养护结构形式，只要处理好稀浆封层应用范围和措施，稀浆封层必将得到推广与运用，对我国公路状况改善与提高产生重要作用。
参考文献：［１］孙祖望．沥青路面养护技术的发展与展望［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２００４，（１）．［２］姜云焕．改性稀浆封层路面修复技术［Ｊ］．筑养路机械，２００４，（１－６）．［３］虎增福．乳化沥青及稀浆封层技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．［４］ＣＪＪ６６－９５，路面稀浆封层规程［Ｓ］．ＩｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｌｕｒｒｙｓｅａｌＬＩＸｉａｎｇ（ＸｉｎｘｉａｎｇＨｉｇｈｗａｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＤｉｖｉｓｉｏｎ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３０００，Ｈｅ＇ｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｌｕｒｒｙｓｅａｌａｓｔｈｅｐｒｅ－ｖｅｎｔｉｖｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｄｂｙｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｌａｔｎｅｓｓ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅａｌｃｏａｔｑｕａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｒｒｙｓｅａｌ；ｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｅａｌｃｏａｔ（上接第５３页）参考文献：［１］李国豪．桥梁稳定与振动［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００２：２５２～３６５．［２］钟善桐．钢管混凝土结构［Ｍ］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，１９９４：１￣６０．［３］王元丰，许世杰．桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究［Ｊ］．中国公路学报，２０００，１３（４）：３７￣４１．［４］刘绍云，王晓虹，杨春巍．浅析依兰牡丹江大桥设计、施工特点［Ｊ］．黑龙江交通科技，１９９８，（４）：３８～４１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒａｎａｌｙｓｅｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅ－ｓｐｅｅｄｏｎａｌｏｎｇ－ｓｐａｎｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅａｒｃｈｂｒｉｄｇｅＬＩＵＳｈｕ１，ＷＡＮＧＺｏｎｇ－ｌｉｎ１，ＷＡＮＧＳｈｕ－ｔａｏ２（１．ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｉｇｈｗａｙａｎｄＢｒｉｄｇｅＧｒｏｕｐＢｒｉｄｇｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅ（ＣＦＳＴ）ｍａｔｅｒｉａｌｈａｓａｌ－ｒｅａｄｙｇｏｔｔｈｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎ．ＴａｋｉｎｇｔｈｅＹｉｌａｎ－ＭｕｄａｎｊｉａｎｇＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅ－ｓｐｅｅｄｏｎｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅｌｉｎｋｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｇｉｖｅｓｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｈｅＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ－ｓｐｅｅｄ；ｌｏｎｇ－ｓｐａｎｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ；ｌｉｎｋｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃ－ｔｏｒ。
公路桥梁车桥耦合振动研究
公路桥梁车桥耦合振动研究【摘要】近年来，我国路桥工程建设为交通行驶创造了优越的环境，推动了地区之间的经济文化交流，促进了国民经济收入水平的提高。
与发达国家相比，国内路桥施工技术相对落后，对动力学理论研究不足误导了后期作业秩序，限制了路桥结构性能的充分发挥。
“车桥耦合振动”现象是路桥交通的常见现象，若控制不当则会影响路桥的使用寿命及运行状态。
针对这一点，本文分析了影响车桥耦合振动的相关因素，并通过计算机建立自动分析平台，为路桥交通的正常运行提供了帮助。
【关键词】路桥；耦合振动；成因；处理对策耦合振动是动力学理论中研究的重点，对不同物体在不同状态下的受力情况进行了详细地分析。
车桥耦合振动是由于车辆与路桥结构之间产生相互的力作用，两种受力荷载大小相同时易产生车桥耦合振动现象，约束了路桥结构性能的正常发挥，不利于交通行驶的安全运行。
工程单位在维护路桥工程阶段，应加强车桥耦合振动的分析，结合具体原因制定有效的控制对策。
一、车桥耦合振动研究的现状从本质上看，车桥耦合振动是一种相互性的力学作用，力学作用控制不当会限制路桥性能的发挥。
车辆过桥时会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来也会影响车辆的振动，即形成车桥耦合振动问题。
当前，我国公路交通运输的全面提速，为了有效的对既有桥梁运营状态进行评估，以及对新建、改建桥梁进行优化设计，均需对车辆过桥时的车桥耦合振动问题进行分析[1]。
随着公路交通事业的迅速发展，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。
车辆和桥梁间力学作用形式多样，会呈现出不同的动力特点，如：车辆的动力特性，车型、阻尼、自振频率等；桥梁结构的动力特性，质量与刚度分布、桥跨结构形式、材料阻尼等；桥头引道和桥面的平整状态、伸缩缝装置及桥头沉陷的状况。
而计算机仿真模拟是目前最方便、最快捷、最经济的计算分析方法。
二、计算机力学模型研究的优点从长远角度考虑，选择一种通用性强、应用性广、开发前景广阔的研究模式，分析车桥耦合振动响应具有多方面的意义。
浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响
浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响1 引言随着现代公路交通建设的飞速发展，各种交通车辆的数量迅速增长，车辆的行驶速度和载重量也有很大提高。
不断增长的高速、重载汽车与众多服役期满或损伤较为严重的桥梁承载能力不足之间的矛盾日益突出。
近年来，随着轻质高强材料和新型结构的应用，桥梁结构不断向着轻型化方向发展。
这些因素使得汽车动荷载在桥梁承受的荷载中所占的比例越来越大。
在行驶车辆作用下，桥梁结构将产生比相同静载作用下更大的变形和应力。
因此，车辆荷载对桥梁结构的冲击和振动影响，已成为桥梁结构计算分析中不容忽视的重要因素之一[1]。
从桥梁结构的动力响应分析角度而言，冲击系数源于三个方面：理想的移动荷载作用桥面引起桥跨结构的振动，引起动力放大；车辆自身的振动使其加载在桥面上的力也有一定的波动；实际的桥面不平整引起车辆跳动产生冲击作用。
这三者之间影响是相互关联的，车与桥跨结构的振动是耦合在一起的，桥面不平也会引起车桥的振动对于公路桥梁，车辆的质量远小于桥跨质量，因此车辆的质量对车桥耦合振动的影响较小，可忽略其影响从而使动力分析简化[2]。
本文通过midas civil有限元时程分析方法，研究了简支梁桥在不同行駛速度的车辆荷载下，车辆通过桥跨结构时桥梁的动力响应过程[3]。
2.工程概况本文所采用的桥墩模型为一跨径为30m的简支梁桥，主梁截面采用T型截面，尺寸如下图1所示。
为了保证计算结果的准确，取10个不同的速度工况。
由于本文主要研究行车速度对简支梁桥的动力响应的影响，因此排除桥梁其他因素，诸如桥面不平整度，车辆自振等因素的影响。
图1 截面参数3 有限元仿真计算模型3.1 计算工况由于不考虑车辆自身重量对桥梁动力分析得影响，因此我们取后轴重140kN 作为计算荷载，简支桥梁上部结构采用C40混凝土，在midas civil中由于无法直接模拟车辆在桥面上的连续行驶，因此本文采用动力节点荷载，在瞬时冲击作用下，设置各个集中质量点的到达时间，以此来控制车辆在桥面的行车速度。
基于车-桥耦合振动理论的连续梁桥影响因素分析
基于车-桥耦合振动理论的连续梁桥影响因素分析张向东;杜东宁;柴源;刘佳琦【摘要】通过研究车辆模型及桥梁模型,基于接触点位移协调条件,建立车-桥系统耦合振动运动方程组.用有限元软件MIDAS/CIVIL分析不同影响因素下桥梁的动力特性,揭示桥梁跨中竖向位移、弯矩冲击系数、竖向加速度等指标的变化规律.根据有限元分析结果,编译车-桥耦合振动系统影响因素分析程序,研究各因素对桥梁动力特性的影响.研究结果表明:车辆速度、行车数和桥面不平整度都对桥梁的动力特性有一定程度的影响;车辆速度对跨中竖向位移的影响最大,桥面不平度对跨中竖向加速度的影响最大,跨中弯矩冲击系数受车辆速度的影响最大.最后通过正交试验验证该程序分析结果的可靠性.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)008【总页数】7页(P2848-2854)【关键词】车-桥耦合;动力性能;影响因素;有限元软件【作者】张向东;杜东宁;柴源;刘佳琦【作者单位】辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000;辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁阜新,123000【正文语种】中文【中图分类】U441.3随着我国经济的发展，车流密度的不断加大，桥梁数量日益增多。
为研究桥梁工作状态和安全性等问题，研究人员将移动荷载作用下的桥梁振动方程发展成车−桥耦合振动系统[1]。
近年来，各国学者对车−桥系统耦合共振问题做了很多研究。
郗艳红等[2]把车辆简化为移动质点，指出了桥梁质量移动速度与动力系数的关系。
李永乐等[3]将桥梁化为等长的欧拉梁，研究了桥面不平度、桥梁损伤、汽车参数等因素对桥梁动力特性的影响。
AUFTK等[4]用数据统计的方法得出了轴重的分布规律，并用模拟随机车流的方法分析了车−桥系统振动问题。
韩万水等[5]则将车−桥耦合系统发展为可以将随机车流考虑在内的新型分析系统。
钢—混组合梁桥车桥耦合振动分析及局部疲劳研究
钢—混组合梁桥车桥耦合振动分析及局部疲劳研究钢—混组合梁桥车桥耦合振动分析及局部疲劳研究摘要：随着城市交通的发展和交通运输的日益繁忙，钢—混组合梁桥作为重要的城市交通枢纽，承担着巨大的交通压力。
然而，在长期的运营过程中，钢—混组合梁桥常常会遭受车辆荷载带来的振动和局部疲劳问题，这对桥梁的安全可靠性提出了挑战。
本文通过对钢—混组合梁桥车桥耦合振动以及局部疲劳的研究，旨在为提高桥梁的耐久性和减少维修成本提供理论支持。
1.引言钢—混组合梁桥是一种采用钢结构和混凝土结构相结合的桥梁形式。
其结构特点为钢负责承受水平荷载和高弯矩力，混凝土负责承受垂直荷载和低弯矩力。
这种桥型结构是传统混凝土桥和钢桥的结合，兼具了两种材料的优点。
然而，由于车辆荷载的作用，桥梁会产生振动，从而引发局部疲劳破坏。
因此，针对钢—混组合梁桥车桥耦合振动以及局部疲劳进行研究具有重要的现实意义。
2.车桥耦合振动分析车桥耦合振动是指运行车辆的振动会导致桥梁结构的振动，并且车桥振动与桥梁振动相互影响。
车桥耦合振动可以通过数学模型进行分析和预测。
通过建立动力学方程、运用傅里叶变换等方法，可以解决车桥耦合振动的问题。
实际工程中，可以利用有限元软件对桥梁进行车桥耦合振动分析，并可以预测车桥振动对桥梁结构的影响。
3.局部疲劳研究桥梁的局部疲劳指的是在特定的应力范围下，桥梁结构发生疲劳破坏的现象。
在钢—混组合梁桥中，常常会出现焊缝和连接件等局部部位的疲劳损伤。
局部疲劳的研究需要利用疲劳试验、应力分析等方法，以确定桥梁在不同工况下的局部疲劳特性。
通过分析局部断裂机理，可以提出针对性的改进措施，增强桥梁结构的抗疲劳能力。
4.耐久性改进措施为了提高钢—混组合梁桥的耐久性和减少局部疲劳破坏，可以采取以下措施：4.1 结构优化设计：通过优化桥梁的几何形状和剖面尺寸，减小悬臂长度和跨距，以降低桥梁的自振频率，从而减少车桥耦合振动。
4.2 车辆配置优化：调整交通流量和车辆速度，减少车辆对桥梁的荷载作用，降低桥梁的振动响应。
交通振动对道路结构的影响分析与评估研究
交通振动对道路结构的影响分析与评估研究交通振动是指汽车、火车、飞机等交通工具行驶过程中产生的机械振动。
这种振动不仅会对交通工具本身造成影响，也会对道路结构造成一定的影响。
因此，对交通振动对道路结构的影响进行分析与评估，对于道路结构设计和维修具有重要的意义。
首先，交通振动对道路结构的影响主要表现在以下几个方面：1. 动荷载作用：交通振动会给道路结构施加动荷载，导致道路结构受力状态的改变。
这可能会加剧道路结构的疲劳破坏、压实松散层、振动沉降等问题。
2. 动态荷载引起的振动问题：交通振动会引起道路结构的振动响应，从而影响道路的舒适性和安全性。
道路结构震动产生的噪声也会对周围环境和居民健康造成不良影响。
3. 水平和垂直振动对材料的疲劳破坏：交通振动的频率与道路结构的共振频率接近时，会给材料带来较大的振动应力，从而导致材料的疲劳破坏。
特别是在道路结构中使用的材料如沥青、混凝土等易受振动疲劳破坏。
接下来，我们需要进行交通振动对道路结构的影响分析与评估，以便更好地理解和应对这一问题。
1. 交通流量分析：首先，我们需要对交通流量进行分析，包括车流量、车速、车辆类型等数据。
通过统计交通流量的分布和特点，可以为后续的道路结构影响分析提供参考依据。
2. 道路结构应力分析：我们需要对道路结构在交通振动作用下的应力分布进行计算和分析。
这可以通过有限元分析等数值模拟方法来实现。
通过分析道路结构的应力分布情况，可以评估道路结构的受力状态和疲劳破坏情况。
3. 材料振动特性分析：交通振动与材料的振动特性密切相关。
对于道路结构中使用的材料，需要进行振动特性分析，包括材料的共振频率、振动阻尼等参数。
这些参数的分析和计算将对道路结构的疲劳性能评估起到关键作用。
4. 道路振动响应评估：我们需要评估道路结构在交通振动作用下的振动响应情况。
这可以通过采集和分析道路实测数据得到。
通过与规范和标准的对比，可以评估道路振动响应是否满足设计要求，进一步分析振动对道路结构的影响程度。
大跨度斜拉桥的公路车桥风耦合振动研究
２ 风 －车 －桥动力响应计算结果 ２．１ 桥梁动力响应
风场内汽车 －桥梁 －风耦合体系中桥梁左主跨 跨中竖向位移时程曲线以及不同风速的 ＲＭＳ曲线 如图 ３、图 ４所示，响应统计值如表 ３所示。从计算 结果可以得到以下结论：桥梁跨中的竖向位移在风 速超过 ２５ｍ／ｓ时迅速增加，且与风速大小呈非线性 增长。所以要对风速超过 ２５ｍ／ｓ时的汽车安全性 和舒适性的指标系数给予特别关注；车辆与风荷载 的共同作用点效果体现了桥梁跨中竖向位移，当风 速没有超过 ２０ｍ／ｓ时起主导作用的是车辆，当风速 超过 ２５ｍ／ｓ时起主导作用的是风荷载。
由于能用于研究计算的模型模拟能力较为局 限，而现在的公路汽车的性能和结构又非常复杂，因 此在研究计算中，在考虑车桥耦合动力特性时，把公 路汽车简 化 成 刚 体 系 统，包 括 了 具 有 质 量 的 刚 体 （车身）、弹性连接构件（悬挂系统：弹簧和阻尼）、轮 胎等部件，即把车辆看做是多刚体离散系统。单个 的构件都具有横向、纵向、竖向、侧弯、竖弯、扭转，６ 个方向的自由度。但是车辆在匀速运动时在行驶方 向的纵向振动对车桥耦合系统的横向和竖向振动的 影响非常微略，所以在研究分析时可以不用建立单 独构件的纵向自由度。因此，单独的刚体在模型中 只研究 ５个方向的空间自由度。利用惯性力和施加 外力平衡以及所做虚功总和为零的原理建立汽车的 运动学方程（多刚体离散系统）时，按照进行简化过 的基本原理［１－２］建立两轴汽车空间动力模型。 １．２．２ 桥上车流随机分布
２０１９年 第 ７期 陈一鸣：大跨度斜拉桥的公路车桥风耦合振动研究
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市邻玉长江大桥随机车流分布如图 ２所示。在 １、
２、３车道上，相同方向车道的车速分别为 ８０ｋｍ／ｍ、
大跨度钢管混凝土拱桥的动力冲击系数分析
大跨度钢管混凝土拱桥的动力冲击系数分析赵露薇;王贵春;李华阳;孙瑜祥【摘要】在桥梁设计中,考虑车桥耦合振动的影响,精确确定结构受到的冲击效应是非常必要的.以茅草街钢管混凝土拱桥和常见的三轴货车为例,分别利用有限元法和动力平衡原理建立了结构分析模型和车辆的多刚体动力学模型.考虑桥面不平顺的影响,利用车桥系统的协调条件,用Newmark-β法求解振动微分方程,计算桥梁结构动力响应,分析桥梁冲击系数.结果表明:考虑车桥耦合振动的影响,冲击系数通常大于按规范计算的结果;冲击系数随路面不平度的增加而快速增大;车速对冲击系数的影响具有一定的随机性,通常存在某一车速使冲击效应最明显;吊杆截面面积的增加使冲击系数大致呈减小趋势,但具有不确定性.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2019(035)002【总页数】7页(P14-20)【关键词】钢管混凝土拱桥;有限元法;桥面不平顺;车桥耦合振动;冲击系数【作者】赵露薇;王贵春;李华阳;孙瑜祥【作者单位】郑州大学土木工程学院,郑州450001;郑州大学土木工程学院,郑州450001;郑州大学土木工程学院,郑州450001;郑州大学土木工程学院,郑州450001【正文语种】中文0 引言车桥耦合振动的影响常使桥梁结构的响应明显大于其在相同静载作用下的情况。
在工程设计中,一般用冲击系数表示动力增强效应。
如何计算冲击系数,各国规范略有差异,不过基本上由结构参数来决定其数值[1-3]。
这种方法不能反映桥面不平度和车辆参数等对桥梁冲击系数的影响,所以,尽管对新建桥梁可能是正确的,但随着桥梁路面状况的逐渐变差以及车辆运行参数的变化,实际的冲击系数可能大于按规范计算的结果。
对于业已运营多年的现有桥梁,基于车桥耦合振动的冲击系数分析才更为可靠。
同时,新建桥梁也应按更高的标准进行设计,保证在设计期限内不致产生过大的振动。
由于高强轻型材料不断得到应用,桥梁跨度日益增大,桥面板厚度趋于减小。
风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析
Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｉｇ ；ｔａｎ ｙｗｏ ｄ ： ｒｄ ｅ ｒｉ ；ｗｉｄ １ａ ｎ ｄ；ｇ ｍｅｒ ｏ ｌ ｅｒｔ ；ｖｂ ａｉｎ ｏ ｏ ｅ ｔｉ ｎ ｎ ｉ ａ ｉ ｃ ｎ ｙ ｉｒ ｔ ｏ
ｔｋ ｎｆｒａ ｘ ｐｅ ｈ ｃｉｇ ｅｆｃｓｏ ｔｔ ｎ ｎ ｕ ｆｔｎ ｎ ｓｗｅｌ ｓｔ ｅｉｆ ｅ ｃ ｆ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｌ，ｔｅ ａｔｎ ｆｅ ｔ ｆｓａｉ ｗｉｄ ａ ｄ ｂ ｆｅｉｇ ｗｉｄ ａ ｌ ａ ｈ ｎ ｌ ｎ ｅｏ ｏ ｍ ｃ ｕ
Ｗ ＡＮＧ ｈ ｏ ｉ ，ＸＩ Ｈ ｅ Ｓ ａ ｑｎ Ａ ，ＧＵＯ ｅｗｅ ，ＤＵ ａ ｔｎ Ｗ ｉ ｉ Ｘｉ ｎ ｉｇ
（ ｃｏｌ ｆ ｉｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｅ ｉ ａｔｎ ｉｅ ｉ ，Ｂ ｉ ｇ１０４ ， ｈ ａ Ｓ ｈｏ ｏ ｖ ｇｎ ｒ ｇ Ｂ ｉｎ Ｊ ｏｏｇＵｎ ｒ ｔ Ｃ ｉＥ ｅ ｎ ｊｇ ｉ ｖ ｓ ｙ ｅｉ ０ ０ ４ Ｃ ｉ ） ｊ ｎ ｎ
存在 明显 区别 ．
关键 词 ： 梁 ； 桥 列车 ； 荷载 ； 风 几何 非线性 ； 动 振 中图分类 号 ： ４ ． Ｕ４ １ ３ 文献标 志码 ： Ａ
Ｎｏ ｌｎ ａ ｏ ｐ ｉ ｉ ｒ ｔｏ ｎａ ｙ ｉ ｆ ｎ ｉ ｅ ｒ ｃ ｕ ｌｎｇ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｗｉ ｏ ｄ－ ａ ｎ－ ｎｇ－ｐ ｎ ｂ ｉ ｇ ｙ ｔ ｍ ｎｄ ｌ ａ －ｒ ｉ －ｏ － ａ ｒ ｄ ｅ ｓ ｓ ｅ ｔ ｌ ｓ
ｗｉｄ ｖ ｌｃｔ ｎ ｒ ｉ—ｐ ｅ ａ ｅｇ ｅ ｔｉｆ ｅ ｃ ｎ ｔ ｅｍａ ｉ ｍ ｅｌｃｉｎ ｏ ｈ ｒｄ ｅ ｎ ｈ ｎ ｅｏ ｉ ａ ｄ ｔａｎ ｓ ｅ ｄ ｈ ｖ ｒａ ｎ ｌ ｎ ｅｏ ｈ ｘｍｕ ｄ ｆ ｔ ｆｔ ｅｂ ｉｇ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｙ ｕ ｅ ｏ
车桥系统的耦合振动
图 1 车轿系统模型
在[0 , L ] 上积分 ,注意振型的正交性和 δ函数的性质 ,可得
¨qi + 2ξi pi qi + p2iqi = Ui ( vt) [ ( m + m1) g + m¨z + m1 ¨z1 ] ,
式中
p2i
=
EI
ρ
iπ
L
4
,
2ξi pi
= ρμ·
车体和轮胎的频率和阻尼分别为
355
(2) (3)
(4)
(5) (6) (7) (8)
356
车桥系统的耦合振动
1
γ/ γ1 0 0 … 0
0
1
0 γU1 1 0 … 0 ,
- ργ1 U2 - ργU2 0 1 … 0
⁝ 2ζ1 p1Ω1
⁝ ⁝⁝⁝⁝
0
2ζ1 p1Ω1 U1 2ζ1 p1Ω1 U2 …
可见耦合振动的影响是巨大的其原因是轻车通过时产生的静挠度非常小使得很大约为110vt成为方程8的序参量对系统振动起决定性作用统的振动影响很小由此可知桥面不平度对车桥耦合振动的影响不能忽略同时也说明了不平度的确定对车桥系统振动研究有重要意义与车速系数的关系13760382kg此时最大挠度曲线只有一个峰值共振临界车速发生在比前例大为减小这是因为重车通过时静挠度比较大从而较小不平度对车桥振动的影响较前例大大减低vt对车桥振动的影响则逐步增加共振临界车速也不是一个固定值所以在进行振动控制时应求出共振参数区域而不能单从临界车速系数一个方面进行控制同样公路设计车速的确定以及桥梁强度的制订除安全因素外应考虑桥梁振型和桥面不平的影响以及考虑桥梁基频与车辆基频的关系车速不能过大以免引起不安全也不能过低以免落入共振参数区域设计行车速度应选在共振临界车速前方a曲线已经下降到较平缓的曲线区域倍可见车桥系统振动的模型对研究结果影响极大本文的研究表明车桥系统模型也不能忽略振型其导数的影响因为一旦车辆进入桥梁桥梁便已开始变形则桥的振型对于汽车来说成为随时间变化的位移约束必然会产生阻尼从而影响车桥系统的振动忽略了这一因素的模型只有在建立了切合实际的车桥系统振动模型考虑了桥面不平及桥梁振型对系统振动的影响研究结果表明它们对车桥耦合振动的影响非常大轻型车通过桥梁时桥面不平是系统演变的序参量这是因为方程8中驱动项值变大所致桥梁最大变形曲线存在3个峰值即存在共振临界车速和亚临界车速临界车速时的最大位移可达最大静位移的279
中_下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析_吴庆雄
工
程
力
学
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 90
149
2 竖向加速度 /(m/s2 ) 竖向加速度/(m/s )
91
92
93
94
95
时间/s 时间 /s
96
97
98
99 100
(a) 实测值
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0
采用 TOKIMEC 生产的激光连续式路面平整度 仪 LP_300A 对各桥的桥面平整度数据进行了采集， 其测定间距为 5cm，沿着上下游的路缘和路中心线 各测得 2 条桥面平整度曲线，即获得了 4 条桥面平 整度曲线。路面平整度测试情况详见文献[11]。 1.2 有限元模型 根据每座桥的不同形式、构造，综合考虑各个 因素后建立有限元计算模型。以山前大桥为例，拱 肋采用空间梁单元来模拟，钢管混凝土拱肋截面特 性取钢管与混凝土刚度直接相加，抗压刚度和抗弯 刚度参照《CECS28:90》[12]进行计算。横撑、加劲 梁、横梁及钢筋混凝土桥墩也采用空间梁单元来模 拟。吊杆和系杆采用索单元[13]来模拟。将桥道系模 拟为梁格系，桥面板通过有效宽度将其刚度分布于 纵梁和横梁上，通过集中质量把其质量分布于桥面 节点，不考虑桥面铺装刚度贡献，其重量计入桥面 板的密度中。在桥墩底部三向完全固结，桥面板两 端铰结。全桥共 446 个节点，573 个单元。空间有 限元模型见图 2。
1 钢管混凝土拱桥车振响应实测与 理论分析
1.1 调查桥梁和试验设备 对表 1 所示的八座钢管混凝土拱桥进行车振动 力响应调查，其中前七座桥均在福建省内，最后一 座在日本[8]。 按照文献[1]的划分， 钢管混凝土拱桥可分为五 类：有推力的上承式、有推力的中承式拱、无推力 的拱梁组合结构、下承式刚架系杆拱和中承式刚架 系杆拱(飞鸟式)。调查的钢管混凝土拱桥的类型可 归纳为：群益、解放、铭选、石潭溪、新西海桥为 有推力的中承式拱，新桐山、山前和安溪兰溪大桥 为下承式刚架系杆拱。这些中、下承式钢管混凝土 拱桥的桥道系均为悬吊式。 采用中国地震局哈尔滨工程力学研究所生产 的 941B 型超 低 频 测 振 仪 、 北 京 东 方 所 生 产 的 INV-16 多功能抗混滤波放大器、 National Instrument