移动载荷作用下连续梁的动力响应分析

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移动载荷作用下周期性高架桥有限元模型

移动载荷作用下周期性高架桥有限元模型

移动载荷作用下周期性高架桥有限元模型

陆建飞;陆雅楼;沙萱

【摘要】提出一种移动荷载作用下周期性高架桥(PV)动力响应的有限元计算方法;首先对PV在力学计算方法上进行简化并建立模型;根据Fourier变换法,建立移动载荷作用下PV频率波数域内的表达式;结合PV代表跨梁和墩的有限元方程,以及各跨梁-梁-墩连接处的连接条件及PV的周期性条件,得出PV受频率波数域内单位简谐荷载作用下的有限元方程;求解该方程可得PV在频率波数域内的动力响应,对此响应进行Fourier逆变换,可得PV在时空域的动力响应;基于所建立的有限元模型,进行数值分析.结果表明,移动荷载的速度会影响PV频域内响应的峰值个数,速度增大,峰值个数会减少;随着载荷速度的增大,PV时域内的响应呈现类似冲击波特征.【期刊名称】《济南大学学报(自然科学版)》

【年(卷),期】2018(032)005

【总页数】10页(P362-371)

【关键词】移动载荷;周期性高架桥;Fourier变换;有限元法;动力响应

【作者】陆建飞;陆雅楼;沙萱

【作者单位】江苏大学土木工程与力学学院,江苏镇江 212013;江苏大学土木工程与力学学院,江苏镇江 212013;东南大学成贤学院,江苏南京 200092

【正文语种】中文

【中图分类】TU423

目前,高架桥已经成为高速铁路的一种重要结构形式。在列车移动载荷作用下,高架桥动力响应的研究对高架桥的设计及维护有重要意义,因此前人对结构在移动载荷作用下的动力响应已开展了大量研究[1-2]。为了便于施工,正常路段的高架桥通

简支梁在移动载荷作用下的主动控制

简支梁在移动载荷作用下的主动控制

般会考 虑 到桥 梁与 桥墩 之 间的被 动减 震 问题 。本
文 主要讨 论 的是将 大 跨 度 桥 梁 简 化 为 简 支 梁结 构 , 利用模 态 分析 方法 , 在梁 上 布 置 传感 器 ( 并 观测 器 )
以及 控制 作动 器 给梁 施 加 一 定 规 律 的控 制 力 , 梁 使 在移 动载 荷作 用下பைடு நூலகம்的 动态 响应 能控制 在 一个 比较 小
3 C R Z uhuEetcL cm t eC T T c nl et .hzo 10 1 C ia . S h zo l r oo o v O L D. eh o g C ne Z uhu4 2 0 .hn ) ci i o y r
Absr c :Th s p p rsu e i r t n r s o s r b e o i l e m tu t r d lun e c in o ta t i a e t disv b ai e p n e p o l m fa smp e b a sr cu e mo e d ra to f o mo i g l a .Th d lc n b s d a he smp iid mo e e he e a e tu ksp s i h o g h v n o ds e mo e a e u e st i lfe d lwh n t r r r c a sng t r u h t e b d e.Th ee a tt o y o c ie c n rli s d t sa ls h e o i e d a k c n r lmo e n i r g e r lv n he r fa t o to S u e o e tb ih t e v lc t fe b c o to d la d v y t e d s l c me t fe b c c n rl mo e . T e u t r m he e pei n s i d c t t t t e f e b c h ip a e n e d a k o to d 1 he r s ls fo t x rme t n i ae ha h e d a k c nto ft e d s l c me ta d v lc t bs r e s c n ma h i ai n o i g d lo ti fe tv o r lo h ip a e n n e o i o e v r a ke t e vbrto fbrd e mo e b an ef cie y i h b to n rd e mo e n r a e is s f t n i iin a d b g d li c e s t aey. i

不同速度的移动质量作用下梁的动态响应分析

不同速度的移动质量作用下梁的动态响应分析
计量 与测试 擞s t ) 2 0 1 7丰 第4 4基 第8期
不 同速 度 的 移 动 质 量 作 用 下 梁 的 动 态 响 应 分 析
林 楠 李朝 东
( 上海大学 机 电工程与 自动化学 院 , 上海 2 0 0 0 7 2 )
摘 要: 梁 结 构 振 动 分 析 在各 类 工 程 中有 着 广 泛 的应 用 。本 文 主 要 针 对 在 移 动 质 量 作 用 下 E u l e r —B e r n o u l l i 简 支 梁 对 不 同质 量 、 速 度 下 的 响 应 。通 过 对 运
D O I : 1 0 . 1 5 9 8 8 / j . c n k i . 1 0 0 4— 6 9 4 1 . 2 0 1 7 . 0 8 . 0 4 2
Dy n a mi c o f a Be a m Ex c i t e d b y a Mo v i ng Ma s s Ba s e d o n Di fe r e n t S p e e d
收 稿 日期 : 2 0 1 7—0 3—1 6
林 楠等 : 不 同 速 度 的 移 动 质 量 作 用 T 粱的 动 态响 应分 析
( n c r x / L)
3 . 1 质量 对 于振 动 的影 响 分析
将上 式代 入 ( 1 ) 得
首先 考虑 质量 因素对 振 动 的影 响 , 通 过 有 限元 分 析

城市轨道交通高架车站结构动力分析

城市轨道交通高架车站结构动力分析

城市轨道交通高架车站结构动力分析

提要针对高架车站结构特点,对其在列车动载作用下的动力响应进行分析,探索了一种高架车站动力分析的理论形式。

关键词城市轨道交通,高架车站,动力分析

高架车站是城市轨道交通(地铁、轻轨) 结构与高架桥的有效融合,满足了高架车站建设中出现的新型结构体系。高架车站既的功能(行车和车站的综合功

能) 。目前上不是单一的房屋结构,也不是单一的桥梁结海和南京有许多空间框架式高架车站正处构,而是一种桥梁和房建相结合的结构体于规划或建设之中。系。文献[ 1 ] 列举了三种结构形式的高架车站,其中空间框架式车站结构性能较为独特,拟为本文的研究对象。

1 高架车站结构特点

高架车站先形成空间框架结构(2~ 4 层),再在其上布置行车板梁(上设轨枕、钢轨等),供地铁或轻轨列车行驶。连续板梁通过支座单支撑于框架中立柱上,双支撑于图1 空间框架式车站结构框架横梁上。列车荷载通过板梁和支座

传空间框架式车站结构实质上把桥墩作递至站房结构的中立柱和框架横梁上。室为房屋框架结构的一部分(中立柱),框架纵内车站设置网架或网壳屋盖,露天车站仅设横梁均能对桥墩起到约束作用,结构整体性置防护栏和雨棚(图1 中没有画

出) 。框架和稳定性好。高架车站不同于普通的车站建筑,它必须承受轨道列车直接的动力作用,活载占的比重大且受载点不断变化。列车动力荷载通过板梁和支座传递至站房结构的中立柱和框架横梁上,作用于整个框架体系,这是高架车站与一般房屋建筑的本质区别。

图2 高架车站细部图(桥梁与框架的连接)

2 动力分析方法探索

铁路钢-混凝土结合梁动力响应试验研究

铁路钢-混凝土结合梁动力响应试验研究

测, 但限于现场条件 , 无法对试验参数进行灵活的变化。 为了对结合梁的动力性能有更深入 的研究 , 设计 了 6片钢一 混凝土简支结合梁 , 通过变化模型列车 的
载 重 和速 度 , 测 试 了结 合梁 模 型在 移动 荷 载 作 用 下 的 动 力 响应 , 并 根据 试 验 结 果 对 结合 梁动 力 响应 的变 化 规律 进 行 了分析 。
第2 6 卷 第4 期
石 家庄铁 道 大 学学报 (自然科 学版 )
v 。 1 . 2 6 N o . 4
2 0 1 3 年1 2 月J O U R N A L O F S H I J I A Z H U A N G T I E D A O U N I V E R S I T Y( N A T U R A L S C I E N C E ) D 。 。 . 2 0 1 3
收稿 日期 : 2 0 1 3— 0 3— 2 8
百度文库
作者简 介 : 李帅
男 1 9 8 8年出生
硕士研究 生
基金项 目: 国家 自然科学 基金 ( 5 1 1 0 8 2 8 1 ) ; 国家支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A J O 9 B 0 2 ) ; 河北 省教育厅科研计划项 目( 2 0 0 6 1 4 1 )
1 试 验概 况
1 . 1 车桥 模型 简 介
本试验中 6 片试验梁以剪力连接度为分组依据 , 分为完全连接结合梁( F C B梁组 ) 和部分连接结合梁 ( P C B梁组 ) , 分别进行动力响应 的测试 。每组试验梁 又根据不 同的栓钉损伤工况各分为 3片梁 ( F C B 、 F C B 1 、 F C B 2和 P C B、 P C B 1 、 P C B 2 ) , 以进 行 栓钉 局部 损 伤识 别 的研 究 , 试 验 梁其 它 参 数 均 相 同 。本 文 只进 行动力响应部分的试验研究。 试验梁主要尺寸 : 总长 4 5 0 0 m m, 简支跨度 4 2 0 0 m m; 混凝土板宽 7 0 0 i n m, 厚7 0 m m; 钢梁高 2 0 0

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究

闫镜宇;李顺才;梁丽

【摘要】利用奇异函数,基于梁挠曲线近似微分方程及横向强迫振动的微分方程,分别利用积分法及分离变量法推导出移动载荷作用下简支桥梁的弯曲变形方程及振动响应方程.应用Mathcad软件,研究不同移动载荷速度对简支梁静、动态变形的影响规律.结果表明:随移动载荷速度的增加,在相同时间内,简支梁的最大挠度和最大振动位移先增大后减小,呈近似抛物线规律分布;对于简支梁的给定截面,其最大静挠度不随载荷移动速度的改变而变化,但达到最大挠度所需的时间随着载荷移动速度的增大而减少;移动载荷速度一定时,简支梁不同截面最大挠度值随载荷的移动方向呈先增大后减小的趋势.%Bending deformation equation and vibration response equation of simply supported bridge under moving load is derived respectively with integral and variables separation methods and by use of singular function which is based on beam deflection line approximate differential equation and lateral forced vibra-tion differential equation.The affecting rule of different moving load speed versus simply supported beam still and dynamic deformation is studied with Mathcad software,and the result shows that:in same time, with moving load speed increasing,maximum deflection and maximum vibration displacement of simply supported beam first increase and then decrease,presenting similar to parabola rule distribution;for given section of simply supported beam,its maximum static deflection doesn't change with load moving speed changing,but the time needed to get to maximum deflection decreases with load moving speed increasing;under certain moving load

基于Matlab的连续梁桥动力响应分析

基于Matlab的连续梁桥动力响应分析

基于M a tl ab的连续梁桥动力响应分析

( 1. 中铁五局机械化工程有限责任公司, 湖南衡阳421002;

2. 中南大学土木建筑学院, 湖南长沙410075 )

摘要:利用插值振型函数法来获得多跨连续梁的振型函数。建立连续梁桥振动方程,利用有限元分析软件A n sys对连续梁进行模态分析并将连续梁成千上万个自由度的有限元模型重构成数个自由度的动力学模型,且保持二者前几阶振型一致。基于M a t lab数学分析软件模拟连续梁振型函数,利用OD E系列函数的二次开发函数来求解连续梁桥振动方程。计算表明本文方法可行、有效,具有较高的精度。

关键词: M a t lab;连续梁;插值振型函数;模态分析

中图分类号: U448. 21 + 5 文章编号: 1672 - 7029 ( 2010 )01 - 0016 - 05

文献标志码: A

D yn a m i c re s p o n s e a n a ly s i s o f c o n t i n u o u s b e am b rid g e b a s e d o n M A TLAB

L I Chang2song1 , HUAN G Fang2li n2

( 1. M echan iza t ion Enginee ring L i m ited Comp any of Ch ina R a il way 5 th B u r eau Gr oup , H engyang 421002 , Ch ina;

2. Schoo l of C i vil and A r ch itec tu r a l Enginee ring, Cen tr a l Sou th U n ive rsity, Changsha 410075 , Ch ina)

连续移动集中力作用下的梁振动分析

连续移动集中力作用下的梁振动分析

积 ; 为 梁材 料 的剪切模 量 ; 阻尼 系 数 ; G c为 1 0为梁
动载 荷 下 的 E l —B ro l 梁 振 动 响 应 的解 析 ue r enul i
解。
 ̄ l L/( LL £ ( + + P [ + ) t 。 ) z一 j ( oV ++
0 , 中, 1 )其 d =0 L 为 £=0 , 1 ,0 时 P 到梁左端的
将式 ( ) 1 ) 无量 纲化 处理 , : 9 ~(2作 得
O . aQ M
8t a 8z.

( 3 1) )
Q )=一 {
f1 ++
S{ )+(  ̄ 2 ( + + f 2 Q + + c x/ ) 1 )一 ( 1
Q f = △ ) 。
3 n8 Q = 3 f/t; : a y /z ; X 3 l n
K =
√ ; 芋r√ 。虑式12 = ; 考到 (( : )) 、,
收稿 日期 :0 7—0 —2 20 6 2 作者简介: 刘  ̄ (9 8 , , 1 7 一)男 江苏连云港人 , 南京航空航天大学讲师 , t,主要研 究方 向为机械 系统动力学仿真。 1 : 8-
维普资讯 http://www.cqvip.com
20 年 1 月 中国制造业信息化 07 1
则有 :

欧拉—伯努利梁在移动载荷作用下的等效方法

欧拉—伯努利梁在移动载荷作用下的等效方法

94

环境技术/Environmental Technology

技术专栏

echnical Column

T

Abstract:In this paper the mathematical model of lateral oscillation of Euler-Bernoulli Beam and its simulation method under excitation by movable load were introduced in detail. Taking simple beam as an example, first the lateral modal was briefly described. Then the different modal responses under movable excitation were explained in detail, and an important conclusion was reached through a case analysis that the first-order modal was the main response. Due to great difficulty and high price of simulating the movable load in laboratory, when only considering the first-order modal, movable load could be equivalent to cyclic excitation. This paper has some guiding significance for the approximate simulation of real response under movable excitation in laboratory.

连续梁桥动力特性的初步分析

连续梁桥动力特性的初步分析

伍 德 华 (铁 局 团 一 程 限 司, 徽 合 20 ) 中 四集 第 工有 公 安 肥 34 01
摘 要 :r g 粱结构的仿真 计算近年来得到 了快速的发展 。作 为有限元分析的一种手段 , N Y 仿真技术在桥梁结构的设计和计 算中越来越体现 - A SS 出其快速、 精确的优 势。 文章就是在 这样 的环境 下, 使用大型有限元分析软件 A S S 并结合工程 实例 , NY , 对连 续粱桥的动力特性进行 了初步分析。
梁底部 的壳单元节点 已经和梁上的实体单元节点发生 了耦 合 。 因此为了确保 主梁与桥墩 的耦合性 , 可以从已经发生耦合 的壳 单元节点往下建 一个很短的梁单元 , 为方便 , 里称 为连接单 这
元, 连接单元要求 刚度 大而质量轻且 尺寸小 , 然后通过连接单 元 与桥墩发生耦合 。 主梁上 的钢筋、 混凝土 、 连续梁的连接部分
spr ryi sedadac rc.n e te ni n n, eatl t d cs o s S rj tom k ayio e y a i so s u e o t n pe n cu y drh v omett rcenr u e wt ue ii a U e r h i i o h o AN YSi a o aea ls f nm c ep neo a n p e t c n s t d h r f
A SY N S仿真单元类型表 表1

车辆作用下等截面低墩连续刚构桥与连续梁桥动力响应对比分析

车辆作用下等截面低墩连续刚构桥与连续梁桥动力响应对比分析

车辆作用下等截面低墩连续刚构桥与连续梁桥动力响应对比分析

摘要:已有研究主要针对车辆动力特性、桥梁结构形式等因素对冲击系数的影响展开,结构体系对车致振动响应的研究主要集中于大跨度桥梁,而对中小跨径的连续刚构桥的车桥耦合振动响应研究较少。基于此,笔者以两座相同跨径布置的等截面连续刚构桥和连续梁桥为对象,研究桥梁结构体系对车桥耦合动力响应影响的差异。结果表明,相比于连续梁桥,连续刚构桥的桥墩与主梁固结,减小了主梁所受的弯矩。研究结果可为连续刚构桥和连续梁桥的设计计算及相关研究提供理论参考。

关键词:车辆;连续刚构桥

1 车桥耦合方程的建立

1.1 车辆振动方程

选取公路桥梁上常用的三轴自卸汽车为研究对象,考虑车体的竖向振动、纵向点头、侧倾,以及车轮的竖向振动,将自卸汽车简化为三维9自由度的弹簧-质量-阻尼车模型车辆模型各参数意义同文献。

根据达朗贝尔原理,建立车辆振动方程如下

式中:Mv、Cv、Kv分别为车辆的质量、阻尼、刚度矩阵;Fintv为车辆行驶过程中,车辆各自由度振动引起的惯性荷载列向量;z=[z1 …z6zvθvφv]T 为车辆振动自由度列向量。

1.2 桥梁振动方程

运用有限元分析方法,将桥梁结构进行离散,建立桥梁振动方程:

其中:Mb、Cb、Kb分别为桥梁的质量、阻尼、刚度矩阵;y为桥梁单元节点位移向量;Fintbvbvint为车辆行驶过程中,车辆振动引起作用于桥面的荷载向量;Fg为车辆自重作用于桥面的荷载向量。

采用模态综合叠加技术,对式(2)进行分解,桥梁结构取r阶模态,式(2)可转化为

式中:I、X、Ω分别为对角质量、阻尼、刚度矩阵;Φ为模态向量矩阵;q 为桥梁结构的广义坐标列阵。

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应

摘要:随着高速铁路的不断增加,列车以及桥梁的动力作用也逐渐凸显。高速运行列车会对桥梁产生一些冲击作用。而高速运行的列车在桥梁振动作用的影响之下会影响自身的平稳性以及安全性。对此,要加强对铁路桥梁高速列车作用之下动力相应的研究分析。文章主要对车-桥系统在撞击载荷的作用下的动力研究、车激动力相应、车辆参数对桥梁动力响应产生的影响进行了简单的探究分析,对铁路桥梁在高速列车的作用下的动力响应进行了论述分析,以供参考研究。

关键词:铁路桥梁;高速列车作用;动力响应

随着基础建筑项目的增多,高速铁路桥梁成为了现阶段主要建设内容。在高速铁路运行过程中势必会产生不同的动力响应,这样就会产生各种撞击荷载,要想保障列车的安全性,就要对其进行分析,进而保障列车行驶的安全性。

1.铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应研究现状

对于高速铁路桥梁来说,在高速列车行驶过程中会对铁路产生写摩擦桩基,在学术上来说就是车-桥耦合振动撞击。

在高速列车通过的过程中,在耦合振动影响之下,其产生的冲击荷载以及惯性荷载作用相对较大,其对于桥梁的振动影响较为显著,而打垮桥梁车激响应研究逐渐受到人们的重视,一些学者通过构建三维车辆模型及桥梁有限元模型进行分析,综合轮轨接触关系构建形成车桥耦合动力系统模型;综合在高速列车运行过程中,轨道因为不平顺会产生随机激励作用,在对桥系统动力方程进行计算求解,可以获得桥梁节点的振动响应。而一些学者通过模态坐标法对高速立车以及大跨度道岔连续量的空间耦合振动桥梁响应问题进行了研究分析。一些学者将车辆看做是两自由度体系,对车辆荷载激励下存在的多跨连续梁桥以及减振问题进行了研究分析,对铁路桥梁在高速列车作用之下的动力响应进行了分析。

移动载荷作用下简支梁的动态响应及裂纹损伤识别研究

移动载荷作用下简支梁的动态响应及裂纹损伤识别研究
ao g t e sr t r .he m o i g la a s s a ld soto s i h y a c e p n e o h a —i e sr cu e a h ln h t u e t v n o dsc u e m I itri n n t e d n mi rs o s ft e be m l t tr tt e uc k u c a k lc to s I e e a , t s m ald so ins a e di c l t e d tc e iu ly An ANS d lo r c e r c o ai n . n g n r l he e s l itr o r f u t o b ee td vs al . t i YS mo e fa c a k d

A b t a t: Th o e ta fte c a k d t cin meh d b s d o lir s l to n lsso v ltwa e e l d i sr c e p tn ilo r c ee to t o a e n mu t—e ou in a ay i fwa ee sr v ae n h
Z AO J n . HA i e H u ,Z NG We— i .MA Ho g e w n一
( .C l g f ce c 1 ol eo in e& En ie r g ia nv ri ,T eKe a oaoyo sse oe ata d e S gn ei ,Jn n U ies y h yL b rtr fDi trF rc s n n t a

ansys移动载荷的施加

ansys移动载荷的施加
移动载荷的施加
陈坤
在分析桥梁等问题时,通常会遇到在桥梁上施 加移动载荷并进行有限元分析,以模拟火车或者其 他移动物体经过桥梁的过程。 通常情况,移动载荷的处理可以用*do循环来 实现。
实例
一根梁长L=40m,截面面积A=0.1m2,截 面惯性矩I=0.0001/12m4,梁高h=0.1m,弹性 模量E=100e9,泊松比v=0.2,密度为 2500kg/m3,左右两端节点全约束,一个大小为 5000N的载荷以120km/s的速度从梁的左端移动 到右端,求移动载荷作用下梁的位移响应与应力 分布。
在施加移动载荷时,通过DO循环的使用 大大方便了分析过程中的加载与求解,如果不 用APDL方式将很难实现移动载荷的施加。每 次移动载荷需要将前面已经加上的载荷删除掉, 否则施加的载荷可能会在前面已经施加载荷的 基础上进行叠加。进行移动载荷分析应该用瞬 态分析类型。
源自文库

带有移动摆载荷柔性梁的动力学分析

带有移动摆载荷柔性梁的动力学分析

由于交 通工具 质 量 增 加 及其 运 行 速 度 的加 快 , 许 多研 究 人 员 关 注 结 构 和交 通 工 具 之 间 的相 互 作
用 , 动质 量不 能简 化 成 一 个 质 点 而是 一 个 移 动 的 移 振 荡器 , Fya杰 出 的专 著 中对 这 一 简单 而 又 广 在 rb 泛 涉及 的例 子列 出 了更 多 的建 模 和 分 析 方 法 J夏 . 禾 研究 了简支梁 在 不 同载荷 作 用 下 的振 动 分析 .
设梁 单元 的位 置矢 量 为 , 车 的位 置 矢 量 为 小 ,, . 摆载 荷 的位置矢 量 为 , 以表示 为 可 , 6=x +y x fj, i (, , ) =x () +y x , j c ti ( f , )
, . ()+/ n i ) ,)+/ sOj( ) L=( t s ) +( ( t c ). 3 i , o 相应 的速 度矢 量为
i £ s( . n )i华) ( n
( 1 )
式 := ) 简 梁 固 振 频 , 中 ( 为 支 的 有 动 率 字√
O = 可以理解 为移动 常力 的广义挠动频率 , = i i
i, 3, . 2, …
圈 3
棠 ’ 瓦 起 童 L 罕 俱 型 刀
Fi . M e h n c mo e fa b a r n g3 c a i d l m c a e o e

变速移动载荷作用下梁的动态响应数值模拟

变速移动载荷作用下梁的动态响应数值模拟
t i p p rc n ld st a h vn o d ’ et f c s s nf a tw e vn o d h s l g h s a e o cu e t e mo i g la si r a ef t i i c n h n a mo i g la a a e h t n i e i g i r
2 () m Ⅳ] M £[ [ ]{
[ (()z ][ f)[ TⅣ]
㈩ I[ NI T T


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式中: 6为 Drc函 数 , i a
u J1 l -
元 法和振 型叠加 法相结合 的建模 方法 , 推导 出关于模 态 坐标 的 时变 系数 常微 分 方程 组 , 并通过 N w r 算 法求解数 值解 。与文 献算例 和 A A U e ma k B Q S模 型 的结果对 比验 证 了该文方 法与现 有
wenku.baidu.com
方法的一致性 。通过 分析 匀速 、 匀加速 、 匀减速 3种 典 型运 动状 态移 动栽荷 作 用下的 支撑 梁响 应情 况可知 , 移动载荷 具有 大速度 、 在 大加速 度或 大质 量 时 , 究 梁的动 力响应 问题均 需考虑 移 研
[ ] W} [ {,+ K] W} I M { + C] ’} [ { ={ } .
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第八届全国振动理论及应用学术会议论文集,上海,2003年11月

移动载荷作用下连续梁的动力响应分析

钟卫洲1, 2,罗景润1,高芳清3,徐友钜1

(1.中国工程物理研究院结构力学研究所,绵阳 621900;2.中国工程物理研究院研究生部,绵阳 621900;

3.西南交通大学振动与强度实验室,成都 610031)

摘要: 本文以磁悬浮交通轮轨接触车桥动力行为研究为背景,把车辆对桥梁的动力作用简化为一个稳态力和一个低频扰动力,把连续钢桥梁简化为伯努力—欧拉梁,建立了车辆过桥的力学模型和振动微分方程,运用模态分析法得到了该微分方程的解析解,分析了连续桥梁频率方程、模态表达式以及低阶模态。援引德国TR06和连续钢梁的参数对不同速度的移动荷载下连续钢梁的动力响应进行计算分析,给出了相应条件下连续梁的动挠度曲线(w-t图和w-x图),并分析了桥梁的动力响应特征。本文的研究为评定桥梁在高速车辆作用下的稳定性和安全性提供了参考。

关键词: 连续梁;模态分析;动力响应;动挠度

Dynamic Response Analysis of Continuous Beam Under

Moving Load

ZHONG Wei-zhou 1, 2, LUO Jing-run 1, GAO Fang-qing3, XU You-ju 1

(1.Institute of Structural Mechanics of CAEP, Mianyang 621900; 2.Graduated School of CAEP, Mianyang 621900;

boratory of Vibration and Intensity of SWJTU, Chengdu 610031)

Abstract: This paper is based on the background of the study of the dynamic behavior between maglev vehicle and guideway. The moving force exerting on the bridge is simplified as a steady force and a pulsating force with low frequency. The continuous steel beam is taken as Bernoulli-Euler beam, then the corresponding force model and vibrating equation of the bridge is established. The modal analysis method is applied to solve the equation of vibration. Frequency equation, analytical solution of mode of the beam and the lower modes are analysed. By quoting the data of TR06 of German, the dynamic response of continuous beam is obtained under moving vehicle at several typical speeds. The results of this paper can be taken as reference to assess security and stability of a bridge under moving load.

key words: continuous beam; modal analysis ; dynamic response; dynamic deflection

1 引 言

车辆从桥上通过时,桥跨结构将发生竖向振动,引起这种竖向振动的原因是很多的,也很复杂。内燃机车和电力机车的动力机械部分和发动机部分的振动惯性力也会对桥跨结构产生竖向振动。对于铁路桥梁来说,蒸汽机车从桥上通过时,机车动轮中剩余未均衡质量的离心力对桥跨结构产生竖向周期性的压力,从而使桥梁结构发生竖向周期性的压力,使桥梁结构发生竖向振动;铁路钢轨面不平,钢轨存在接缝、轮周磨损不圆以及公路路面不平整致使车轮起伏运动等也是引起桥跨结构振动的原因。对于公路桥梁来说,当载重车辆由于桥头或桥面上路面不平整,发生颠簸时,车辆簧上部分(即车身)会发生竖向振动,从而车辆振动的竖向惯性力对桥跨结构作用竖向周期性压力,而一些高速和新型交通工具(例如高速铁路和磁悬浮交通)出于行车安全或旅客舒适度的考虑,往往对车桥的动力响应要求更为特殊。所以多年来,人们一直对于移动荷载作用下桥梁与车辆的动态响应十分关注,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[1,2,3],本文主要针对移动载荷作用下连续梁的动力响应进行了分析计算,给出了给出相应条件下连续梁的动挠度曲线(w-t 图和w-x 图)。

2 车—桥模型的建立

余未均衡质量的周期性离心力,以及为了使旅客有一定的舒适度(一系悬挂)而产生竖向周期性压力P 1sin(Ωt)( Ω为简谐干扰力的圆频率)对桥梁的作用,假设梁为单自由度位移,即只考虑连续梁在竖向上的响应,在其他方向上的振动非常小,可以忽点相对梁静平衡时的位移随该处的x 和t 而定,因此可用时空函数w(x,t)来表示梁的动态响

假设车辆以速度v 匀速从双跨连续桥梁上通过,如图1所示,车辆轮轴作用在桥梁上的竖向压

力为P 0,

车轮由于机车动轮中剩系统,考虑粘性阻力。

作为定性分析研究,我们可以把车辆简化成为一个动力P (一个稳态力P 0和一个随时间以正弦形式周期变化的力P 1sin(Ωt)),把连续双跨桥梁近似看作一个连续双跨梁来分析研究。假设在动力P 作用下,连续梁只在竖向发生略不计。

已知梁的抗弯刚度为EI (E 为弹性模量,I 为横截面惯性矩)为常数,沿梁跨单位长度上的质量为m (常数),梁的粘性系数为c ,作用在连续梁上的动力(运动的车辆)为P(P=P 0+P 1sin(Ωt))。由于距梁左端x 处的质应。

假设连续梁x 处的弯矩为M(x,t),剪力为Q(x,t),单位长度上的荷载为q(x,t),则移动载荷作用下

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