车桥竖向耦合振动研究及数值解法
3种车桥耦合振动分析模型对比研究
3种车桥耦合振动分析模型对比研究发表时间：2018-10-01T17:27:10.827Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：宋腾腾[导读] 摘要：本文对比了在2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型3种车辆模型在相同速度时的跨中位移影响情况。
温州市市政工程建设开发公司浙江温州 325002摘要：本文对比了在2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型3种车辆模型在相同速度时的跨中位移影响情况。
对比说明：当车速小于130km/h时，3种模型跨中位移响应曲线都比较吻合，当进行公路桥梁车辆耦合振动分析时可采用两个四分之一模型来模拟。
关键词：振动；车桥耦合振动；车辆模型 1 引言车桥耦合问题，在100多年前就吸引了很多的研究者进行研究.现有的研究[1-3]为了求解简便，将车桥耦合的车辆和桥梁模型简化了。
近几年，很多国内研究者都尝试使用数值方法来求解，比如文献[4]把汽车模拟成三维模型，使车和桥相互作用作为整体来建立振动微分方程组，使用数值方法解得了公路简支梁、连续梁桥的动力响应；文献[5-6]使用达朗伯原理创建了简支梁桥车桥耦合的分析模型，使用数值方法将其求解；文献[7]使用New-mark逐步积分法求解匀变速移动质量和简支梁耦合系统的情况。
为分析车辆模型因素对研究车桥耦合问题的影响，文中对比了3种不同车辆模型———2个1/4车模型、2个1/4车模型（改变其弹簧刚度）和1/2车模型的在不同速度下的位移响应情况，先对其整体规律进行对比分析，再分析各种模型的异同。
2 模型建立2.1 四分之一车模型车辆模型见图1，车辆采用弹簧-阻尼-质量系统来模拟。
图中：为车体质量；为构架加上轮对的质量；为一系垂向刚度；为一系垂向阻尼；为二系垂向刚度；为二系垂向阻尼；为车辆通过桥梁时的速度（为定值）。
车辆和车体的振动方程式如下：，.使用分离变量法，假设.由简支梁的边界条件，令，再根据主振型的正交性，得到桥梁受力作用下的振动微分方程为：，图1 1/4车模型作用下的简支梁本文采用两个四分之一车模型，因为车和桥的振动方程分开考虑，然后进行叠加。
标准跨径连续刚构桥风-车-桥耦合振动分析
标准跨径连续刚构桥风-车-桥耦合振动分析发布时间：2023-01-03T06:23:37.669Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月第17期作者：彭重驹[导读] 针对某城际轨道交通两联4×40m连续刚构桥建立车-桥系统空间耦合振动分析模型，彭重驹瀚阳国际工程咨询有限公司，广东广州，510220 摘要：针对某城际轨道交通两联4×40m连续刚构桥建立车-桥系统空间耦合振动分析模型，通过CFD数值模拟，得到列车及桥梁的气动三分力系数，将风荷载作为外部激励，以轨道不平顺作为自激励，根据弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则形成风-车-桥系统的空间振动矩阵方程，对CRH6型列车在无风和风速分别为15m/s、20m/s、25m/s、30m/s的情况下以100~240km/h、100~200km/h的速度分别通过设置横向限位装置和未设横向限位装置的两联4×40m连续刚构桥时的列车及桥梁的动力响应指标进行计算分析和比较。
结果表明：设置横向限位装置的桥梁相对于未设横向限位装置的而言，其桥墩墩顶横向位移有一定程度的减小且列车双线运行时的减幅更大，而跨中位移、加速度，两端转角等均无明显差别。
当列车单线运行通过设置横向限位装置和未设横向限位装置的桥梁时，其各项动力响应指标均无明显差别；当列车双线运行通过设置横向限位装置的桥梁时，其脱轨系数、轮重减载率、横向力、横向加速度、横向Sperling舒适性指标等动力响应指标较列车双线运行通过未设横向限位装置的桥梁时有明显改善，其竖向加速度、竖向Sperling舒适度指标等无明显差别。
关键词：风-车-桥耦合振动；数值模拟；连续刚构桥；动力响应城际轨道交通是城市群区域主要城市之间或在某一大城市轨道交通通勤圈范围内修建的客运轨道交通系统，其高速度、公交化和大运力的特点可满足我国城市群快速发展对交通网的需求[1]。
高架线是城际轨道交通的一种重要敷设形式，目前城际轨道交通项目中高架结构主要以整孔预制简支箱梁方案为主，而在城市轨道交通领域，已成功应用了节段预制结合连续刚构的创新方案，如广州地铁21号线等。
公路桥车桥耦合振动的隐式和显式分析方法研究
ＴｈｅＩｍｐｌｉｃｉｔａｎｄＥｘｐｌｉｃｉｔＡｎａｌｙｓｉｓＭｅｔｈｏｄｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＢｒｉｄｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈｗａｙＨｒｉｄｇｅ
８
公路工程
４５卷
分的方法求解桥梁振动响应；陈水生 采 ［４］ 用 Ｒｕｎｇｅ －Ｋｕ－ｎｔｔａ的隐式分析方法求解多车激 励的 桥梁振 动响应；陈代海 用 ［５］ Ｎｅｗｍａｒｋ－β的 隐 式 迭 代 算 法 分析简支 Ｔ梁 的 振 动 特 性； 张 政 韬 建 ［６］ 立 隐 式 模 型，用 Ｎｅｗｍａｒｋ－β的隐式迭代算法 求 解 波 形 钢 腹 板连续梁 桥 的 振 动 响 应； 李 岩 建 ［７］ 立 隐 式 模 型 求 解简支梁 桥 的 振 动 响 应； 谢 国 海 用 ［８］ ＬＳ－ＤＹＮＡ 显式方法 求 解 落 石 冲 击 力； 蔡 斌 斌 建 ［９］ 立 显 式 模 型研究船 舶 撞 桥 墩； 赵 辉 将 ［１０］ ＬＳ－ＤＹＮＡ显 式 分 析方法引入 求 解 车 桥 耦 合 振 动 响 应； 李 宗 揆 用 ［１１］ ＬＳ－ＤＹＮＡ分 析 拱 桥 的 车 致 振 动 响 应； 乔 东 钦 ［１２］ 用显式方法求解简支板梁桥的振动响应。但很少有 文献对比分析隐式和显式求解方法的合理性，本文 研究了隐式和显式建模求解方法，并将数值计算结 果与实测值进行对比，分析隐式和显式方法的实用 性，为车桥耦合振动研究提供参考，以更好地服务 桥梁的设计和管养。
ＣＨＥＮ Ｓｈｕｉｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｈｕｉ，ＳＯＮＧ Ｙｕａｎ，ＧＵＩＳｈｕｉｒｏｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ＥａｓｔＣｈｉｎａＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ＮａｎＣｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３００１３， Ｃｈｉｎａ）
公路车辆与桥梁耦合振动分析研究的开题报告
公路车辆与桥梁耦合振动分析研究的开题报告
一、研究背景和意义
公路交通作为现代交通体系的重要组成部分，在人们的日常生活和经济发展中发挥着重要作用。
但长期以来，公路桥梁的安全问题一直备受关注，其主要原因在于桥梁的振动问题。
随着公路车辆的不断增多和速度的不断提高，极易引起桥梁的共振现象，损害桥梁结构，威胁行车安全。
因此，对公路车辆与桥梁耦合振动的研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的
通过对公路车辆与桥梁耦合振动机理的分析和建模，探讨其振动现象的规律和性质，为公路桥梁的安全设计提供理论参考。
三、研究内容和方法
1. 建立公路车辆与桥梁耦合振动模型：研究路面、车辆、桥梁的耦合振动模型，考虑桥梁的结构特性及车辆的质量、速度、轮胎刚度等因素的影响。
2. 分析振动特性和规律：研究公路车辆与桥梁的振动频率、幅值、相位等特性，分析共振现象的原因及其规律。
3. 探究振动对桥梁结构的影响：研究桥梁结构在振动下的应变和变形特征，评估振动对桥梁结构的破坏性影响，并提出相应的安全防范措施。
4. 计算模拟和实验验证：通过数值计算和实验验证，检验模型的准确性，并对研究成果进行分析和总结。
四、预期成果
1. 建立公路车辆与桥梁耦合振动的数学模型，掌握其振动规律和特性。
2. 研究振动对桥梁结构的影响，提出相应的安全防范措施。
3. 与该领域前沿研究成果接轨，为相关领域的研究和应用提供理论参考和技术支持。
用ANSYS实现车桥耦合空间振动分析
Ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｖｅｈｉｃｌｅ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｎｄ ｓｎａｋｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｋ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｄｙｎａｍｉｃ ｂａｌａｎｃｅ
ＡｂｓｔｒａｃＣ
Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｓｏ ａｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅＳｐＯＮＳｅ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ ｂｒｉｄｇｅ·ｃｒｏｓｓｉｎｇ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｄｅｃｋ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｇｉｒｄｅｒ ｗｈｏｓｅ ｓｐａｎ ｉｓ ４０ ｍ．ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｌｅａｒｎｓ ｔｈａｔ ｗｈｉｃｈ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌａｔｅｒａｌ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｕｎｔｉｎｇ ＷａＶｅ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｕｎｔｉｎｇ ｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ８．２ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ６３ ｋｍ／ｈ，ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ
浅谈ANSYS中车桥耦合振动的实现方法与应用
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用作者：黄江广安区交通运输局摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。
这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。
关键词：位移耦合生死单元位移接触1前言车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。
以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。
2方法介绍位移耦合法位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。
采用位移耦合法时赢注意以下几点：①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。
在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。
②阻尼问题。
ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。
因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。
③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。
如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。
车桥耦合
1.车-桥耦合动力相互作用的研究现状目前各国主要针对地铁、公路、轻轨等交通系统开展振动的研究工作，面对高架路的振动研究近于空白。
由于高架桥跟其他桥梁有相似和共同的地方，国内外对于其他桥梁上行车舒适度研究相对较多，因此可以很好的借鉴到高架桥上。
车桥桥梁振动问题的研究一直得到国内外学者的普遍关注。
随着计算机和有限元方法的发展，车辆振动分析的现代理论以考虑更加接近真实的三维空间车辆模型和桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型并考虑车桥耦合振动为主要特点，同时还要计及路面不平顺度这一随机因素的影响。
故车辆桥梁系统动力响应的研究有待于进一步的深入和完善。
在此基础上，方能对行车舒适度进行深入研究。
古典理论最初提出了将列车简化为移动常量力[1]或者移动质量作用于桥梁上。
之后，Michaltsos[2]等将列车模拟为移动的质量块，采用级数的方法研究了均匀截面简支梁在移动质量块作用下的动力响应。
Garinei[3]等研究了高速移动的简谐荷载作用下简支梁的动力特性等。
随着数学、力学、电子计算机的应用以及有限元技术的发展，人们可以建立比较真实的车辆和桥梁的空间计算模型，从而更精确地模拟车桥空间模型以及它们之间的耦合振动，并考虑引起激励的轨道不平顺、车辆加速和减速等复杂因素。
车桥耦合振动的研究从而有了飞速的进步。
美国Chu[4,5]等最早采用多刚体多自由度的复杂车辆模型，认为车辆由车体、转向架构架、轮对等刚体组成，各刚体在空间具有6个自由度。
Green和Cebon[6]提出了在频域内利用模态脉冲响应函数和模态激扰力求解分离的车桥系统方程的方法。
Walter[7]等采用Ritz能量法得到了拱桥在高速列车作用下的动力响应的闭合解，讨论了荷载分布情况、列车速度等因素的影响。
在国内，夏禾教授及其课题组在车-桥耦合振动方面进行了大量的研究。
夏禾[8]等在桥梁模型中引进了模态综合技术，用振型叠加法来计算桥梁的反应，仅考虑少数一些振型就可以获得满意的精度；张楠[9,10]通过理论计算与现场试验研究了高速列车与桥梁的动力相互作用，模拟了中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程，计算了列车-桥梁的动力响应，并与现场实测结果进行了对比。
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。