随机车流下的风汽车桥梁系统空间耦合振动研究
车辆与道路桥梁耦合随机动力分析及优化
车辆与道路桥梁耦合随机动力分析及优化摘要：本文主要研究了车辆与道路/桥梁耦合系统在动力分析以及动力优化过程中的关键问题，提出了一种建立在随机振动灵敏度基础之上的动力优化方法，望以上问题为后续同类作业的开展提供一定的参考与帮助。
关键词：车辆道路/桥梁耦合动力优化现阶段，有关车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力分析的研究还比较少，在计算方面存在着比较大的问题与不足。
起来，主要可以归纳为以下两个方面：首先，在有关车辆与道路/桥梁耦合系统振动动力的分析中，为了判定车辆振动受路面随机不平整度的影响，多是通过时间历程分析的方式实现，其所得出的概率特征不够准确，随机动力响应不够精确，并会对后期有关车辆振动的控制产生不良影响；其次，在有关车辆与道路/桥梁耦合系统动力优化的过程当中，由于目标函数及约束函数多以复合、非线性函数作为表现形式，因此在灵敏度分析方面格外的复杂。
现阶段是应用的最小二乘法、或则是摄动法均无法解决计算量过于繁重的问题。
本文即针对上述实际情况，就车辆与道路/桥梁耦合系统在随机动力分析与优化方面的关键问题做详细分析与说明。
1.车辆与道路/桥梁耦合系统运动方程分析从车辆与道路/桥梁耦合系统的研究视角上来看，车辆在行驶过程当中从本质上来说属于一个极为复杂的多自由度振动体系。
为了使后续有关随机动力的分析优化操作更加简便，需要作出如下几点假设：（1）假设行驶车辆车身为钢体，前桥、后桥均为集中质量；（2）假设行驶车辆左向车轮、右向车轮所受到的路面不平整度激励功率谱表现完全一致，仅在受激励的时间方面存在差异；（3）假设行驶车辆始终保存均匀速度以直线运动，车辆轮胎始终与地面保持接触关系；（4）假设车辆在行驶过程当中的垂向针对以及仰俯振动会对路面产生显著影响；（5）剔除车辆在行驶过程当中，其他方向振动对路面的影响。
基于以上分析，在假定车辆轮胎与路面始终保持接触关系的前提条件下，以Zcn代表车辆第n个车轮所发生的位移反应，由此可以在DAlembert原理的基础之上，构建对应车辆行驶过程的基本运动方程，如下所示：2.精细积分法在车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力分析中的应用相关研究人员认为：在车辆轮胎行驶于道路/桥梁表面的过程当中，只要车辆能够保证移动动作的晕苏醒，则对于轮胎同道路/桥梁的接触点而言，耦合力的表现与接触点自身对应的位移、速度、加速度表现均存在显著的相关性关系，而各单元当中，任意信息均可以通过节点信息的方式获取。
浅析桥梁结构的风-车-桥耦合振动问题
浅析桥梁结构的风-车-桥耦合振动问题1 引言：随着我国经济的飞速发展，大跨度桥梁越来越多，由于柔度很大，所以在风和上面的车辆作用下，会产生较大的变形和振动会对上面的行人以及桥梁产生较大的危险。
因而对风-车-桥耦合振动的研究也越来越重要。
本文介绍了目前国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中尚存的有待进一步完善的问题，并指出了风-车-桥耦合振动问题未来发展趋势。
2 国内和国外风-车-桥耦合振动研究的概况以及工作中存在的问题2.1国内风车桥耦合振动研究概况我国学者以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟、讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素2]-[3]。
为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应[4]。
2005年，王解军等采用2轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响[5]。
北方交通大学夏禾教授、阎贵平教授等研究了考虑车-桥-基础相互作用系统的结构动力可靠性问题桥梁结构在多种随机荷载作用下车桥系统动力可靠性问题、脉动风与列车荷载同时作用下桥梁的动力响应问题，分析了地震荷载对桥上列车运行平稳性的影响得到了许多有价值的结论[6]。
2.2国外风车桥耦合振动研究概况20世纪60；70年代西欧和日本开始修建高速铁路对桥梁动力分析提出了更高的要求同时电子计算机的出以及有限元技术的发展使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。
美国伊利诺理工学院的K.H.Chu等人最早采用复杂的车辆模型来分析铁路车桥系统的振动响应问题即将机车车辆简化为由车体、前后转向架、各轮对等部件组成各部件看成刚体在空间具有6个自由度之间通过弹簧与阻尼联系起来[7]。
车辆与公路桥耦合系统振动分析
车辆与公路桥耦合系统振动分析作者：齐世进张鹏来源：《科技资讯》 2013年第15期齐世进1 张鹏2(1.中冶建工集团有限公司第一建筑工程分公司重庆 400032; 2.广州大学-淡江大学工程灾害控制研究中心广东广州 510006)摘要:本文以车辆在简支梁上运动为研究对象,通过达朗贝尔原理与简支梁模态得出耦合系统振动控制微分方程。
以车辆自重和桥面不平顺的路面谱作为外荷载输入,利用Runge-kutta法求得耦合系统的响应。
计算表明桥面不平顺对车体的影响要远远大于对桥梁的影响。
关键词:车桥耦合振动分析随机响应中图分类号:U441 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(c)-0042-02桥梁在城市交通中扮演越来越重要的角色,而桥梁结构出于景观和设计的需要,以及高强材料的应用,向着“大、轻、柔”方向发展。
与此同时,车辆也向重载化,高速化方向发展。
因此,车-桥耦合系统诱发的动力响应将可能远远大于静力作用,引起桥梁结构的损伤、疲劳、开裂,降低桥梁结构寿命、安全可靠度和车辆运行舒适度。
从而需要对车桥耦合系统的振动特性进行深入分析探讨。
1 车桥耦合模型图1所示为车辆与高架公路桥的计算模型。
车辆系统采用1/4模型的悬架系统,桥梁模型为单跨简支梁。
其中,图1中桥梁曲线表示桥面不平度。
从图1中可以看出:车桥耦合系统的激励输入由两部分组成,一部分来自移动车辆的自重；另一部分有桥面不平顺产生。
桥面不平顺的激励谱可以根据“机械振动—道路路面谱测量数据报告”标准[1]和文献[2],采用下列桥面不平度功率谱密度函数在时域内的表达式:式中:为车辆行驶速度；为圆频率；为参考频率,；为参考空间频率,;的取值范围为,其中的取值范围为,。
2 振动方程的建立与求解如图1所示,为桥梁竖向位移,,分别表示车体的竖向位移。
为桥梁单位长度质量,为桥梁阻尼系数,桥梁长度为。
车体质量分别为,,桥梁总质量。
桥梁抗弯刚度,车辆刚度和阻尼分别为:。
常泰长江大桥主桥风-车-线-桥耦合分析
采用N形桁，两片主桁结构，桁高15.5 m、宽35 m, 主梁横断面布置见图2。根据受力不同，主梁采用 了 Q370qE、Q420qE、Q500qE三种不同强度等级的 钢材&主梁不同构件采用不同的构造系数(上弦杆、
下弦杆、竖杆、斜杆的构造系数为1. 25；横联、公路 横梁、铁路隔板的构造系数为1. 15；公路桥面、铁路 桥面钢箱的构造系数为1. 05),按照构造系数计算 一期恒载。该桥采用温度自适应塔梁纵向约束体 系。桥塔采用空间钻石型桥塔，设计总高352 m。 上塔柱采用钢一混组合结构，中、下塔柱采用钢筋混 凝土结构，采用Q420钢材、C60混凝土&斜拉索布 置为扇形双索面，梁上标准索距14 m、塔上标准索 距2. 2 m,上、下游侧斜拉索分别采用2 100 MPa和 2 000 MPa的高强度耐久型平行钢丝成品索囚&
常泰长江大桥为主跨1 176 m的公铁两用斜拉 桥，是目前世界上最大跨度的斜拉桥,超千米级跨度 桥梁自振频率较小，结构轻柔，风荷载对结构振动影 响较大，从而影响列车的走行性。国内外学者对侧 风作用下的桥梁响应及桥上列车的行车安全性十分 关注，研究表明，侧风作用对超大跨度桥梁及列车振
动影响显著「4「10+ + &大桥采用非对称设计*3 ，非对称
通过主从节点约束模
；刚度则采用ຫໍສະໝຸດ 承刚度弹单元来模拟，桥梁结构
取0. 5% &计 *到
的桥梁
振 见表1。
2桥梁和车辆的三分力系数 TabC2 Three-ComponentForceCoeficient
ofBridgeandTrain
工况组合
单
（迎
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。
《2024年高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》范文
《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一一、引言随着高速铁路的快速发展，列车—线路—桥梁的耦合振动问题已成为该领域研究的重要课题。
这一问题的深入研究不仅对保障列车运行的安全性、平稳性和舒适性具有重要意义，同时也为高速铁路的进一步发展提供了理论支持。
本文将详细探讨高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的理论及其实用性研究。
二、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论（一）理论基础高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论主要包括动力学理论、振动传递理论以及系统动力学模型等方面。
在列车运行时，其动力学行为与线路、桥梁的相互作用，形成了一个复杂的动力学系统。
在这个系统中，各组成部分的振动相互影响，形成耦合振动。
（二）系统模型为了更好地研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动，需要建立相应的系统模型。
该模型应包括列车、线路和桥梁的动态特性，以及它们之间的相互作用。
通过建立数学模型，可以更深入地了解耦合振动的机理和特性。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的应用研究（一）安全性保障通过深入研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论，可以有效地保障列车的运行安全性。
通过对系统的动态特性进行分析，可以预测可能出现的故障和危险情况，并采取相应的措施进行防范。
（二）平稳性和舒适性提升通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动进行优化，可以提高列车的运行平稳性和乘客的舒适性。
这不仅可以提高乘客的满意度，同时也有助于提高铁路企业的形象和声誉。
（三）工程实践应用在工程实践中，应用高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论，可以对实际工程进行指导。
例如，在设计和施工阶段，可以通过该理论对线路和桥梁的布局、结构和材料进行优化选择，以减小振动对列车和乘客的影响。
同时，在运营阶段，可以通过实时监测和分析系统的振动情况，及时发现并处理潜在问题。
四、结论与展望（一）结论本文通过对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论进行研究，探讨了其理论基础、系统模型以及实际应用等方面的内容。
基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究
文章编号：1000-4750(2021)02-0187-11基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究周军勇，苏建旭，齐 飒(广州大学土木工程学院，广东，广州 510006)摘 要：将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合，形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。
介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型；提出了MSCA 实现车桥动力分析的思路和方法，并进行了程序开发；通过具有实测时程动态挠度的工程算例，验证MSCA 实现车桥耦合动力分析的准确性；将MSCA 用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中，论证基于MSCA 的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。
研究结果表明：工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性，最大误差仅为11.6%；斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示，两者具有很好的一致性，随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著，说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。
该研究进一步拓展了MSCA 在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力，为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。
关键词：桥梁工程；车桥耦合；随机车流模拟；多轴单元胞自动机；数值分析中图分类号：U441+.2 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0239NUMERICAL INVESTIGATION ON RANDOM TRAFFIC-BRIDGE COUPLED VIBRATION USING CELLULAR AUTOMATON-BASED MICROSCOPIC SIMULATIONZHOU Jun-yong , SU Jian-xu , QI Sa(College of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangdong, Guangzhou 510006, China)Abstract: A numerical delicacy method for random traffic-bridge coupled vibration analysis is proposed.Incorporating the classical vehicle-bridge interaction theory, it is a newly established multi-axle single-cell cellular automaton (MSCA)-based microscopic traffic load simulation approach. The utilized equations and models in the classical vehicle-bridge interaction theory are introduced. The concepts and routes of the realization of MSCA for vehicle-bridge coupled dynamic analysis are proposed, and the relevant code program is developed.An engineering example with measured time-history dynamic deflections is utilized to verify the accuracy of the vehicle-bridge interaction analysis by MSCA. MSCA is used to analyze the dynamic load effects of a cable-stayed bridge under the excitation of random traffic loads, to demonstrate the reliability of the proposed approach. The results indicate that MSCA has good accuracy in vehicle-bridge coupling analysis. The maximum error in the engineering example is 11.6%. The static and dynamic time-history deflections of the cable-stayed bridge under random traffic loads show that they have good consistency, and the difference between them becomes more significant along with the increase in the pavement roughness grade. These prove the reliability of the proposed model and method in the random traffic-bridge coupled vibration analysis. This study forwards MSCA's ability to收稿日期：2020-04-19；修改日期：2020-07-29基金项目：国家自然科学基金项目(51808148)；广东省自然科学基金项目(2019A1515010701)；广州市科技计划项目(201904010188)通讯作者：周军勇(1990−)，男，江西人，讲师，博士，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************.cn ).作者简介：苏建旭(1994−)，男，广东人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ****************);齐 飒 (1994−)，女，河南人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************).第 38 卷第 2 期Vol.38 No.2工 程 力 学2021年2 月Feb.2021ENGINEERING MECHANICS187analyze various types of dynamic load effects of bridges under the excitation of random traffic flow, which provides more applications of MSCA in monitoring and evaluation of real bridges.Key words: bridge engineering; vehicle-bridge interaction; random traffic simulation; multi-axle single-cell cellular automaton; numerical investigation车桥耦合振动特性是桥梁在移动车辆荷载作用下结构响应行为的重要表征，不仅可以揭示桥梁结构参数、力学行为和损伤特性[1]，还能反演移动车辆荷载特性[2]，是桥梁工程领域一直以来的研究热点[3 − 4]。
《2024年高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》范文
《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一摘要：随着高速铁路的飞速发展，列车、线路、桥梁三者之间的耦合振动问题成为亟待解决的重大问题。
本文旨在深入探讨高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的基本理论，分析其影响因素，并探讨其在实际工程中的应用。
本文首先概述了国内外研究现状，接着详细介绍了耦合振动的基本理论，并通过实例分析验证了理论的正确性，最后总结了该理论的应用价值与前景。
一、引言随着科技的进步和国民经济的持续发展，高速铁路已经成为我国交通运输的重要方式之一。
高速铁路的运行不仅需要高效的列车技术，还要求有良好的线路和桥梁设施作为支撑。
然而，随着列车运行速度的不断提高，列车、线路、桥梁三者之间的耦合振动问题日益凸显，这不仅影响着列车运行的安全性和平稳性，也对线路和桥梁的使用寿命造成了威胁。
因此，对高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、国内外研究现状近年来，国内外学者对高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动问题进行了大量的研究。
国内研究主要侧重于通过实验研究和数值模拟分析的方法来探索三者之间的耦合规律；国外研究则更注重理论建模和工程实际应用的研究。
随着计算机技术的发展和大型计算模拟软件的出现，这一领域的研究取得了显著的进展。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动基本理论（一）基本原理高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动是一个复杂的动力学问题，涉及到列车动力学、线路动力学和桥梁动力学等多个方面。
其基本原理是通过建立数学模型来描述列车在运行过程中与线路和桥梁之间的相互作用关系，从而揭示其耦合振动的规律。
（二）理论模型为了研究这一耦合振动问题，需要建立相应的理论模型。
目前常用的模型包括多刚体动力学模型、连续弹性体模型以及多刚体与连续弹性体相结合的混合模型等。
这些模型可以根据实际需求和研究目的进行选择和调整。
四、影响因素分析（一）列车因素列车的运行速度、轴重、编组等因素都会对耦合振动产生影响。
车辆与桥梁耦合系统振动理论浅析
车辆与桥梁耦合系统振动理论浅析[摘要]随着桥梁结构的轻型化以及车辆载重、车速的提高，车辆加速度的存在，车辆过桥引起的车桥振动问题越来越引起工程界的关注。
【关键词】耦合振动；简支梁；模型；冲击系数1.车桥振动的的特点车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用、相互影响的问题就是车辆和桥梁之间振动耦合的问题。
车桥之间的振动是一种司耦合振动，它具有时变、自激、随机的特点。
2.车桥耦合动力问题的历史与现状车桥振动的研究已有100多年的历史，最先开展研究的是铁路桥梁的车振问题，随着铁道工程建设的发展，移动荷载对桥梁结构的动力作用问题引起人们普遍地关注。
铁路桥梁车激振动的主要特征是列车荷载的轴重大，轴距排列规律性较强，钢轮在钢轨上运行具有蛇行特征，因此，车辆过桥除了激起桥梁竖向振动外，还有较大的横向振动，因此铁路桥梁除了研究竖向振动外，还需研究桥梁横向振动，其主要研究的内容为桥梁的动态响应和车辆过桥的动态响应，如桥梁的冲击系数、横向振幅、以及桥梁的竖横向加速度、桥梁的合理竖向、横向的刚度限值和车辆过桥的加速度以及平稳性等；公路桥梁的车激振动的特征主要表现为过桥车辆的轴重、轴距的多样性和随机性，公路桥梁主要关心的是桥梁的竖向振动，研究的内容主要为桥梁的动态响应如冲击系数等，由于轮胎与路面的作用与钢轮与钢轨作用不同，公路桥梁的车激横向振动不太剧烈，因此，车激桥梁的横向振动基本上不予考虑。
尽管铁路与公路桥梁的车激振动的研究范围有些差别，但是，车桥振动研究的主要原理和基本方法是相同的，都具有时变、自激，随机性的特点。
回顾100多年来车桥振动研究的历程，可以大致的分为两个阶段，即车桥振动研究古典理论阶段和车桥振动研究现代理论阶段。
3.车桥振动的古典理论3.1古典理论的实桥试验研究1907年1910年期间，美国第一次进行了规模比较大的现场实测工作，用各种类型的机车以不同速度通过21根板梁和24座析梁桥，测定桥梁的最大动力响应，第一次提出了冲击系数的关系，通过试验得出了跨度、车速和冲击作用间的关系，制订了冲击系数曲线，并得出了明确的概念：对于蒸汽机车来说，移动荷载的动力作用主要是由动轮偏心块的周期力所引起的。
车桥系统的耦合振动
胎不离桥面 ,则系统的运动微分方程为
m¨z + m1 ¨z1 + c1 [ y ( vt , t) + z1 - w ] + k1 [ y ( vt , t) + z1 - w ] = 0 ,
(1)
《2024年高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》范文
《高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究》篇一摘要：本文旨在探讨高速铁路列车、线路和桥梁之间的耦合振动理论及其应用研究。
首先，概述了高速铁路系统中的耦合振动现象及其重要性。
接着，详细介绍了耦合振动理论的基本原理和数学模型，并探讨了其在工程实践中的应用。
最后，通过实例分析，验证了耦合振动理论在高速铁路设计和运营中的实际效果。
一、引言随着高速铁路的快速发展，列车—线路—桥梁的耦合振动问题逐渐成为研究的热点。
这种耦合振动不仅影响列车运行的平稳性和安全性，还对线路和桥梁的耐久性产生重要影响。
因此，研究高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动理论及其应用，对于提高高速铁路系统的运行品质和安全性具有重要意义。
二、耦合振动理论的基本原理1. 列车动力学模型列车的动力学模型是研究耦合振动的基础。
该模型需考虑列车的质量、阻尼、刚度以及轮轨相互作用等因素。
通过建立列车动力学方程，可以描述列车在运行过程中的振动特性。
2. 线路动力学模型线路是高速铁路系统的重要组成部分，其动力学模型需考虑轨道几何形状、轨道不平顺、轨道结构等因素。
通过建立线路动力学模型，可以分析线路对列车振动的影响。
3. 桥梁动力学模型桥梁作为支撑线路的结构，其动力学模型需考虑桥梁的刚度、阻尼、自振频率等因素。
通过建立桥梁动力学模型，可以分析桥梁对列车和线路振动的影响。
4. 耦合振动数学模型将列车、线路和桥梁的动力学模型进行耦合，建立耦合振动数学模型。
该模型可以描述列车在运行过程中与线路、桥梁之间的相互作用，以及由此产生的振动传递和响应。
三、耦合振动理论的应用研究1. 高速铁路设计阶段的应用在高速铁路设计阶段，通过应用耦合振动理论，可以优化列车、线路和桥梁的设计参数，提高系统的运行品质和安全性。
例如，通过调整轨道几何形状和轨道不平顺，可以减小列车的振动；通过优化桥梁结构，可以提高桥梁的耐久性和抗振性能。
2. 高速铁路运营阶段的应用在高速铁路运营阶段，通过实时监测列车的振动数据和线路、桥梁的响应数据，可以评估系统的运行状态和安全性。
车流作用下车辆与桥梁耦合动态响应分析
（） 示 ： １表
Ｅ
＋Ａ ＋ ［ １ Ｍ ｇ ｐｙ ｃ （ ． ２ 一 一 Ｍ ＋
＋Ｍ１’ ＋ Ｙ
（） ３
（ Ｍ¨＋Ｍ２） ．毫
的车流荷载 ， 这 方 面 的研 究 甚 少 。本文 采 用微 观 而 交通 流模 型 中的跟 驰 模 型 ， 车流 作 用下 桥 梁 的 动 对
（＋丁 一 ［ ￡一 。￡］ ￡ ） 章（ ＋ （ ） ）
（） ２
式中： （＋丁 为在延迟 丁时间后 ， ＋１ 葶 ￡ ） 。 第 号车 的加速度 ； ￡为 ｔ 己（） 时刻第 号车（ 引导车） 的速度 ；
Ｍ ２ Ｙ ． （ 一￡ ｌｚ ） ２
． ．
￡＋ （＋Ｔ 一 ＆（） ＋ （） ＋ Ｌ １￡ ） ［ ￡一￡ １￡］
（） １
式中： 为反 应灵 敏度 系数 ； ￡ 为 ｔ ＆（） 时刻 第 号 车 （ 引导 车 ） 的位 置 ； 。 ￡为 ｔ 已＋ （） 时刻 第 ＋１号 车 （ 跟 随车） 的位置 ； Ｌ为阻塞 情况 下 的车头 间距 。
式 （） 示 ： ２表
Hale Waihona Puke ＋。来 越轻 、 刚度越 来 越 小 的 趋 势 。而 桥 梁 运输 量 越 来 越大 ， 过桥车 辆也 种 类 繁 多 ， 车速 也 越来 越 大 ， 加 这 剧 了车 辆与桥 梁 之 间 的动 力 相 互作 用 。 目前 ， 桥 车 耦 合振 动研究 多集 中于单 一 车辆作用 下桥梁 结构 的 动态 响应 ， 然而 ， 际上桥 梁结 构所承 受的是 不稳定 实
维普资讯
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。
车辆-桥梁耦合系统垂向振动的随机分析
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣＴ： ｎ ｗ ｔ ｏ ｏ ｅｔｃｌｓａｉｎ ｒ ａ ｄ ｍ ｉｒ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｉｌ－ ｒｄ ｅｓ ｓｅ ｕ ｊｃｅ ｏ Ａ ｅ ｍｅｈ ｄ ｆｒａｖ ｒｉａ ｔｔｏ ａ ｙｒ ｎ ｏ ｖｂ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｆｖ ｈｃｅｂ ｉｇ ｙ ｔｍｓｓ ｂｅ ｔｄ ｔ ｏ
客 车 空 问模 型 ， 梁采 用 空 间 梁单 元 模 型 ， 道 不平 顺假 设 为 多 点 异 相 位 平 稳 随机 激 励 。采 用虚 拟 激 励 法将 轨 道 桥 轨 不平 顺 转 化 为 一 系列 的 简 谐 荷 载 形 式 。 运 用 分 离 迭 代 法 求 解 车 桥 耦 合 系统 振 动 方 程 。分 别 采 用 虚 拟 激 励 法 和
ｔａ ｋ ｖ ｒｉａ ｒ ｆ ｅ ｉｒ ｇ ｌ ｒ ｙ ｅ ｃｔ ｔ ｎ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｉｌ ｓｍｏ ｅｅ ｓａ ｆ ｕ － ｅ ｌ ｓ — ｐ ｉｇ ｄ ｍｐ ｒ ｒ ｃ ｅ ｔ ｌｐ ｏ ｉ ｒ ｅ ｕａ ｉ ｘ ｉａ ｉ ｓ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｃ ｌ ｔ ｏ ｅｖ ｈｃ ｅｉ ｄ ｌｄ ａ ｏ ｒｗｈ ｅ ｍａ ｓ ｓ ｒｎ － ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ｗｉ ＷＯ ｌ ｙ ｒ ｆ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｙ ｔｍｓ ｐ ｓ ｅ ｓｎ ｅ ｒ ｅ ｆ ｆｅ ｄ ｍ． Ｔｈ ｒｄ ｅ ｉ ｍｏ ｅ ｅ ｓ ａ ｓ ａ ｅ ｙ ｔ ｍ ｔ ｔ ａ ｅ ｓ ｏ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｏ ｓ ｓ ｉ ｇ ６ ｄ ｇ ｅ ｓ ｏ ｒ ｅ ｏ ｈ ｅ ｂ ｉ ｇ ｓ ｄ ｌｄ ａ ｐ ｃ
列车风与自然风联合作用下的车—桥耦合振动分析
列车风与自然风联合作用下的车—桥耦合振动分析一、本文概述Overview of this article随着高速铁路和大型桥梁的快速发展，列车风与自然风联合作用下的车-桥耦合振动问题日益凸显，其研究具有重要的理论和实际意义。
本文旨在深入分析列车风与自然风联合作用下的车-桥耦合振动现象，探究其振动特性和影响因素，为高速铁路和桥梁的安全运营提供理论支撑和技术指导。
With the rapid development of high-speed railways and large bridges, the coupled vibration problem of train bridge under the combined action of train wind and natural wind is becoming increasingly prominent, and its research has important theoretical and practical significance. This article aims to deeply analyze the coupling vibration phenomenon of train bridge under the combined action of train wind and natural wind, explore its vibration characteristics and influencing factors, and provide theoretical support and technical guidance for thesafe operation of high-speed railways and bridges.本文首先介绍了列车风与自然风联合作用下的车-桥耦合振动研究的背景和意义，阐述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势。
车桥耦合系统随机振动的时域显式解法
车桥耦合系统随机振动的时域显式解法车桥耦合系统是指由汽车和其所搭载的车轮组成的一个复杂机械系统。
在运动过程中，车轮与车桥的振动相互耦合，导致系统的动态行为产生很多问题，如振动、噪声和疲劳等。
因此，对车桥耦合系统的振动行为进行研究，有助于优化车辆的设计和改善乘坐舒适性。
在研究车桥耦合系统的随机振动问题时，我们常常使用时域显式解法来模拟系统的动态响应。
时域显式解法是一种基于运动微分方程的数值算法，通过离散化时间和空间域，将连续的变化转化为离散的数值计算，从而得到系统在任意时刻的状态。
时域显式解法的核心思想是将系统的运动微分方程转化为差分方程，然后通过迭代计算，得到系统随时间的演化过程。
在车桥耦合系统的研究中，我们通常需要考虑多个关键因素，如车辆的行驶速度、路面的不平度、车轮和车桥的刚度等。
这些因素会影响车辆的振动频率、振幅和相位差，因此在建立数学模型时需要充分考虑这些因素的影响。
在进行数值计算时，我们需要确定合适的时间和空间离散化步长，以保证计算结果的准确性和稳定性。
同时，我们还需要选择合适的数值方法，如欧拉法、Runge-Kutta法等，来对差分方程进行求解。
这些数值算法能够有效地模拟车桥耦合系统的振动行为，并提供详细的振动参数信息。
通过时域显式解法，我们可以得到车桥耦合系统在任意时刻的振动状态，进而分析振动的特征和规律。
这些信息对于优化车辆的设计和改善乘坐舒适性具有重要的指导意义。
例如，我们可以通过调整车辆的悬挂系统来降低振动的幅值和频率，从而提高车辆的乘坐舒适性。
此外，对于道路设计者来说，我们可以利用时域显式解法来评估不同路面的影响，从而为道路建设提供参考依据。
总之，时域显式解法是研究车桥耦合系统随机振动问题的重要方法，它能够提供详细的振动信息和参数，对于优化车辆设计和改善乘坐舒适性具有重要的指导意义。
通过深入研究和应用时域显式解法，我们可以不断改进车辆的设计和道路的建设，进一步提升车辆的性能和乘坐舒适度。
风环境下汽车-桥梁系统侧向空间耦合振动关系研究
将会再次影响汽车一桥梁系统的侧向耦合振动特性，因此，风环境下汽车一桥梁系统的侧向响应计
算是一个非线性迭代计算过程。
—一车轮与桥面之间的相对侧向滑动
图ｌ风环境下汽车—桥梁系统运动示意图
图２可以考虑车轮与路（桥）面相对侧 向运动三维空间汽车模型
３．
可以考虑车轮与路（桥）面相对侧向运动的三维空间整车振动模型
风环境下汽车桥梁系统侧向空间耦合振动关系研究第十四届全国结构风工程学术会议论文集风环境下汽车一桥梁系统侧向空间耦合振动关系研究长安大学风洞实验室陕西西安710064摘要公路车辆的车轮在横向未受约束是自由运动的车轮在横向与路桥面之间存在相对运动为了模拟这种相对运动将车辆轮胎与路桥面接触点的侧向位移作为独立自由度然后详细介绍了该侧向独立自由度运动方程建立的基本思路以及车桥系统侧滑力模型和考虑汽车坐标随动特性的驾驶员行为模型的确定明确了车轮与桥面接触处横向激振源有两部分组成一为侧滑力其大小与驾驶员转向角度和汽车运行状态有关另一为对应于车轮处桥梁的侧向响应
为了研究侧风作用下汽车一桥梁系统的空间响应，必须采用一个可以兼顾汽车竖向和横向振动的空
间整车振动模型。
图２给出了一个侧风作用下汽车空间整车振动模型。由于车辆动力学模型中通常将车体、车轮等
视作刚体，因此对于两轴四轮车辆，整个车辆可以分成５个刚体部件：１个车体、４个车轮。车体具有 五个自由度：横移、浮沉、侧滚、点头及摇头。每个车轮对具有２个独立的自由度：横移和竖移。这 样对于两轴四轮车辆，车辆共有１３个自由度。
针对两轴四轮车辆，建立了１７个自由度的空间分析模型。然后就需运用Ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理，推
导车辆系统各个自由度的运动方程。鉴于本文侧重于车辆与桥面侧向耦合关系确定，将不再赘述车 体５个自由度运动方程的确定而是着重阐述车轮刚体以及车轮与桥面接触点处自由度运动方程的确 定。 ４．１．车轮刚体竖向和侧向运动方程建立 由于所有刚体和接触点的自由度都分配（指定）在质量中心上，所以作用于刚体和接触点上的 惯性力非常易于确定。为了确定弹性力和阻尼力，需要根据给定的几何信息和符号规定确定每个弹 簧的相对位移和每个阻尼器的相对速度。
风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究的开题报告
风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究的开题报告
1.研究背景
随着城市化进程的加速，交通拥堵问题日益严重，交通运输成为人
们不可缺少的一部分，汽车数量的不断增加给城市交通带来了很大的压力。
同时，桥梁作为城市交通的重要组成部分，其稳定性和安全性也成
为了重要的话题。
加之风力荷载的作用，使得桥梁振动问题日益凸显。
因此，进行风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究具有重要的现实意义。
2.研究内容
本研究将采用分析法和仿真模拟法，分别对风-汽车-桥梁系统空间耦合振动进行研究。
（1）分析法：通过建立数学模型，分析风-汽车-桥梁系统的空间耦
合振动特性，预测振动幅值和频率，并探究各因素对振动的影响机理。
（2）仿真模拟法：采用ANSYS等有限元分析软件，建立风-汽车-桥梁系统的三维模型，进行静态和动态分析，模拟真实环境下的振动情况，并验证分析结果的可靠性。
3.研究意义
本研究能够深入探究风-汽车-桥梁系统的空间振动机理和特性，提高桥梁设计和预算的准确性和科学性，保证桥梁安全可靠，为城市交通的
发展做出重要贡献。
4.研究方法
（1）分析法：建立数学模型，采用多种分析方法，对风-汽车-桥梁
系统的各种因素进行分析研究；
（2）仿真模拟法：建立三维有限元模型，采用ANSYS等软件进行
分析和模拟，得出系统的振动特性和稳定性等结果。
5.预期成果
本研究预期能够深入探究风-汽车-桥梁系统空间耦合振动特性，提出相关建议和解决方案，发表相关论文、专利和技术报告，为桥梁设计和城市交通发展提供科学依据和技术支持。
基于风_车_桥_线_耦合振动的风屏障防风效果研究_李永乐向活跃廖海黎
为 0% 时，气流经过风屏障绕流后形成了较强的回流， 说明此时不需再增加风屏障高度即可取得较好的防 风效果。当风屏障高度为 1． 6m 时，相较其他高度风 屏障车辆的力矩系数最大，但其随风屏障高度的变化 规律不明显。背风侧车辆的气动力系数也存在类似
第 47 卷 第 3 期
李永乐等·基于风-车-桥（ 线） 耦合振动的风屏障防风效果研究
· 98 ·
土木工程学报
2014 年
度，采用静 力 平 衡 计 算 车 辆 的 临 界 风 速，这 种 方 法 较 为简单，但不能得到车辆的具体响应。
然而，强风 作 用 下 车 辆 不 仅 受 到 风 荷 载 的 作 用， 还受车辆、路 基、轨 道 不 平 顺 等 因 素 的 影 响［8］。 针 对 具体的线路 形 式，采 用 耦 合 动 力 学 的 方 法［9-12］ 可 综 合 考虑多种因素的影响。基于车辆响应评价风屏障的 行车防风效果，可更加全面地考虑车辆对风屏障性能 的要求，依据 相 关 规 范 规 定［13，14］，可 较 科 学 地 确 定 强 风环境中设置风屏障情况下的行车临界风速。但目 前基于风-车-桥（ 线） 系统耦合振动响应评价风屏障防 风效果的研究非常有限［15］。
基金项目： 国家自然科学基金（ U1334201，51278434） ，四川省科技支撑 计划（2011GZ0240）
作者简介： 李永乐，博士，教授 收稿日期： 2012-09-21
时，列车的降 速 或 停 运 也 会 造 成 经 济 损 失； 方 法 ③ 可 保证列车的全天候运行，相比前两种方法更高效 可 行。因此，研究风屏障的行车防风性能非常必要。
目前风屏障防风效果的研究主要集中在三个方 面：一是风屏障对车辆风荷载的影响［2-4］，二是风屏障 对桥面局部风场的影响，三是车辆对风屏障瞬态风荷 载的影响［5-6］。 在 风 屏 障 对 行 车 防 风 效 果 的 研 究 中， 多数是通过对比设置风屏障后轨道上方平均风速的 折减率、等效风速的折减率或车辆平均风荷载的折减 率等来评价风屏障的防风效果。进一步采用静态平 衡分析［7］得到设置风屏障后行车临界风速，这种方法 是假定倾覆系数或轮重减载率达到临界状态或规范 规定值，利用经验公式得到不同车速下的车辆加 速
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ｂｒｉｄｇｅ
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｅａｎ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｏｓｅ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
ａｒｅ
ｄｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｙ ｍｏｖｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄｓ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ
车辆共计１３８７７辆，空载车辆共计５４９８辆，若不考 虑小型客车，其他所有车型的平均满载车流数量与空
随机车流下的风一汽车一桥梁系统空间耦合振动研究 具有十分重要的理论意义和实用价值。
要建立随机车流下的风一汽车一桥梁系统空间耦
载车流数量之比为５：４，二者车流数量基本接近。其
中小型客货车车流量占全部车流量的５２．１３％，中型
ｃａｎ ａ
ｃｏｎｓｉｄｅｒ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｍｕｌｔｉ— ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｕｌｅ
ｃｏｄｅｄ ｉｎｔｏ
ＲＴＦＷＶＢ．Ｉｎ ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｂａｙ Ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｔｒａｆｆｉｃ，ｒｅｇｕｌａｒ ｔｒａｆｆｉｃ，ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，
ｔｈｅ
ｆｏｕｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ
ｔｙｐｅ，ｗｅｉｇｈｔ，
ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ａ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ—ｖｅｈｉｃｌｅ—ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｒａｎｄｏｍ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｌａｎｅｓ ａｎｄ ｏｐｐｏｓｉｎｇ ｔｒａｆｆｉｃｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ
血ｌｏｏｏ
鬃８００
料６００
４００ ２００ Ｏ
公路桥梁车流荷载具有较强的随机性，受时间、 环境及地方经济等众多因素影响，因此，通过对实桥 的交通量调查统计，以此为基础模拟生成随机车流样 本，将其应用于风一汽车一桥梁系统分析中，具有十
分重要的意义。但由于杭州湾跨海大桥尚未建成通
§荟墓墓霍蓄蚕蚕蚕蚕墓墓薹薹琶墓量§釜誊荟鎏誊荟
ｍ，密集运行状态下
其均值和标准差为１．５６１ ｍ和０．２８０ ｍ。
缺乏相关研究报道，本文将着重研究不同车型在不同
时段车速的确定以及车速对车距的影响。车辆平均速
度的计算方法主要有概率平均法、时段平均法及加权
平均法［１２］。为了准确地模拟车速在一天中的变化，本 文采用概率平均法计算各车型在不同时段的平均速 度，将调查结果按单位小时划分时间段，共计２４个 时段，再将不同车型在不同时段内的车速进行统计分
ｄｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｙ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ．ｗｈｉｃｈ ｂｅｃｏｍｅｓ ｌａｒｇｅｒ ｗｈｅｎ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ． ｆｌｏｗ；ｗｉｎｄ・－ｖｅｈｉｃｌｅ・・ｂｒｉｄｇｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ；ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；ｒａｎｄｏｍ ｔｒａｆｆｉｃ
ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ａｎｄ ｍｏｖｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄｓ ｈｅａｖｙ
ａｒｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｕｎｄｅｒ
ｏｎ
ｔｒ舶ｅ
ａｒｅ
ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ ｒｅｇｕｌａｒ ｔｒａｆｆｉｃ．Ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｍｉｎｏｒ ｅｆｆｅｃｔ
Ａｉｒｏｎｆ
（１．Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７ １００６４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｏｎ西ｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｔｒａｆｆｉｃ ａｎａｌｙｚｅｄ
ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ ｔｙｐｅ，ｗｅｉｇｈｔ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
Ｕ４９１．２＋５
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００．１３１Ｘ（２００８）０９－００９７－０６
Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ－ｖｅｈｉｃｌｅ－ｂｒｉｄｇｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｎｄｅｒ ｒａｎｄｏｍ
ｔｒａｆｆｉｃ
Ｃｈｅｎ
ｆｌｏｗ
Ｈａｎ Ｗａｎｓｈｕｉｌ
型一般服从均匀分布，一般运营状态和密集运营状态 下的车间距服从对数正态分布而时间间隔服从伽马分
两个典型随机车流样本。
图３随机车流样本
Ｆｉｇ．３
Ｒａｎｄｏｍ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｓａｍｐｌｅｓ
２随机车流下的风一汽车一桥梁系统空间耦合
振动分析框架及程序实现
要将现阶段确定性车流下的风一汽车一桥梁系统 空间耦合振动分析发展完善为随机性车流下的风一汽 车一桥梁系统空间耦合振动分析涉及到两个主要问 题：一是两者的分析模型是否一致；二是后者较前者
１６
随机车流模型模拟精度的高低，往往取决于车流 量、车重、车型及车距等模拟参数的可靠程度，由于 这些参数具有很强的随机性，若参考其他相关经验取 值，将会产生较大的出入，因此，对公路实桥进行车流
观测及统计分析，是获得这些参数准确信息的最有效途 径，本文将在已有研究基础上增加对车速的统计分析， 并着重研究车速的随机模拟以及车速对车距的影响。 ２００７年３月６日对西宝高速渭河桥，进行了２４ ｈ 车流量统计观测，参照文献［６］车型划分方法，将车 型分为１４类，并确定各类车型轴数、轴重、轴距、
方法。对典型车型的车重（空载或满载）进行取值。 １．１．３车距分析
交通荷载观测统计及随机车流模拟
交通荷载观测及统计分析
根据车辆的车速及车流通过桥梁的时间间隔，计
１．１
算车辆之间的车距，根据车辆间距符合对数正态分 布…这一特性，计算可得，一般运行状态下车距的均
值和标准差为：４．８２８ ｍ和１．１ １．１．４车速分析 由于车速对车距有一定的影响，而国内外对此均
图１交通量时间分布
Ｆｉｇ．１
Ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ
１．１．２车重分析
车，因此先将根据西宝高速渭河桥交通荷载调查结果
生成的随机车流样本应用于杭州湾跨海大桥的分析中。
１
公路桥梁车流统计过程中，由于难以实现对过往 车流车重进行现场实测，本文根据文献［６一１０３提供的
合振动分析框架，首先要进行公路桥梁荷载谱和随机 车流模拟技术研究。自２０世纪７０年代以来，国内外
众多专家学者就开始致力于公路桥梁荷载谱的研究， 根据调查所得的车型、车距及车重建立了相应的荷载 谱，其中英国在这方面取得了显著成果，在ＢＳ５４００
货车及大型货车分别占１８．８２％、１２．０９％，平板车及
集装箱车分别占１０．０３％、６．９３％，小型客货车车流量 是全部交通流量的主流。 根据２４ ｈ内交通流量统计数据，全天内交通流
Ｔｒａｆｆｉｃ
Ｆｌｏｗ），程序中首次全面
引入车型、车重、车距和车速４个参数；建立可以考虑任意车辆数目、不同车道以及车辆相向行驶功能的随机车 流下的风一汽车一桥梁系统空间耦合振动分析框架，编制相应的分析模块ＲＴＦＷＶＢ（Ｗｉｎｄ．Ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｂｒｉｄｇｅ
ｓｙｓｔｅｍ
ａｎａｌｙｓｉｓ）。以杭州湾跨海大桥为工程实例，详细研究密集、稀疏运营状态，车流单向、相向行驶以及侧风与车辆 移动荷载对桥梁关键部位动力响应的影响。分析表明：密集运营状态下桥梁动力响应明显大于一般运营状态下的 相应值；车流方向对桥梁振动影响不大；密集运营状态下车辆移动荷载主要决定桥梁动力响应的均值，而侧风主 要影响桥梁动力响应的脉动部分，风速越大波动越显著。 关键词：交通荷载观测；随机车流；风一汽车一桥梁系统；动力响应；车流方向 中图分类号：Ｕ４４１＋．３
会影响计算效率。笔者虽然解决了计算效率问题，所 编制确定性车流下的风一汽车一桥梁系统分析模块
ＷＶＢ可以考虑多车辆、不同车道以及车辆相向行驶
万方数据
土木工程学报
２００８年
等功能，但是仍未引入随机车流模型，这与公路桥梁
上所通行车流均是随机的实际情况相差甚远。因此，
桥车辆共计１９８２５辆，小型客车按满载计算，满载
第４１卷第９期
２ ０ ０
土木工程学报
ＣＨＩＮＡ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ
Ｖ０１．４１ Ｓｅｐ．
Ｎｏ．９
２００８
８年９月
随机车流下的风一汽车一桥梁系统空间耦合振动研究
韩万水１陈艾荣２
（１．长安大学，陕西西安７１００６４；２．同济大学，上海２０００９２） 摘要：在交通倚载观测及统计分析的基础上，获得交通状况的代表性数据，对记录的车型、车重、车距和车速进 行统计，在此基础上进行随机车流模拟，编制随机车流模拟程序ＲＴＦ（Ｒａｎｄｏｍ
１．２随机车流模拟 尽管经过桥梁的过往车辆是一个十分复杂的随机
布［７］。采用Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ方法运用ＭＡＴＬＡＢ程序语言
及其统计工具箱编写了随机车流模拟程序ＲＴＦ，程 序中首次全面引入车型、车重、车距和车速４个参
数。图３给出了密集、稀疏运营状态下ＲＴＦ生成的
过程，但车流统计参数仍服从一定概率密度分布，车
基金项目： 国家自然科学基金（５０４７８１０９）、国家科技支撑计划项目 （２００６ＢＡＧ０４８００） 作者简介： 韩万水。博士，讲师 收稿日期： ２００７加７—１３
合振动分析框架，编制了相应程序，但目前风一汽 车一桥梁系统空间耦合振动分析中通常仅考虑一个确