琼洲海峡跨海斜拉桥方案车桥系统耦合振动仿真分析
不同体系斜拉桥车桥耦合共振效应研究
不 同体 系斜 拉 桥 车 桥 耦 合 共 振 效 应 研 究
王 耋 渡 ＇ 马 印 平 ， 蒋培 文。 ， 周 勇 军 ， 任
伟
７ １ ０ ０ ７ ５ ）
公路桥梁车桥耦合振动的模型试验研究
公路桥梁车桥耦合振动的模型试验研究
陈代海;李银鑫;李整;马来景;许世展
【期刊名称】《振动.测试与诊断》
【年(卷),期】2022(42)2
【摘要】基于公路桥梁车桥耦合振动理论,通过精细测量车桥模型参数,建立了车桥梁试验模型和有限元模型,设计了一套公路桥梁车桥耦合振动试验系统。
开展车桥耦合振动试验影响因素分析,探讨了行车道位置、车桥质量比、桥梁支座形式等试验因素的影响规律。
结果表明:车桥模型自振频率的试验值与理论值基本吻合,验证了模型的适用性;不同车道位置10 cm的侧移对车桥动力响应影响不大,试验过程中可根据实际需要选择行车道;车桥质量比是车桥动力响应的重要影响因素,试验中为获得较为明显的车桥振动响应,建议车桥质量比选择范围为0.10~0.16;支座1模型(一端垫块支座、另一端滚轴支座)下车桥竖向加速度响应较为明显,试验过程中桥梁支座可选择支座1模型。
【总页数】8页(P256-262)
【作者】陈代海;李银鑫;李整;马来景;许世展
【作者单位】郑州大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U441.3;U446.1
【相关文献】
1.公路桥梁车桥耦合振动数值分析方法
2.公路桥梁2种车桥耦合振动分析方法的对比研究
3.公路与城市桥梁车桥耦合振动研究发展综述
4.公路梁桥车桥耦合振动模型试验设计及校验
5.基于板单元形函数的公路桥梁车桥耦合振动分析方法研究
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考虑拉索局部振动的铁路斜拉桥车桥耦合振动分析
考虑拉索局部振动的铁路斜拉桥车桥耦合振动分析雷虎军;李闻秋;李小珍【摘要】为研究拉索局部振动对大跨度铁路斜拉桥及桥上列车动力响应的影响,基于索-桥动力相互作用理论,以(60.5+156+464+156+60.5)m五跨连续钢桁梁铁路斜拉桥为工程背景,分别建立考虑斜拉索局部振动的多桁架模型(MECS)和传统的单桁架模型(SECS),采用动力分析程序BDAP V2.0,针对地铁B型车以不同车速通过该桥时的车-桥耦合振动响应进行了仿真计算.计算结果表明:考虑拉索局部振动后,出现大量纯索振型与索-梁耦合振型;桥上车辆受拉索局部振动的影响不大,但单桁架模型会高估斜拉桥塔顶的加速度响应.因此,在进行大跨斜拉桥动力响应分析时,拉索局部振动的影响不容忽视.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2016(013)009【总页数】6页(P1756-1761)【关键词】车桥耦合振动;斜拉桥;拉索局部振动;多桁架模型【作者】雷虎军;李闻秋;李小珍【作者单位】福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U24;TB123拉索是斜拉桥的重要承力构件，具有柔度大、质量轻、阻尼小等特点。
在大跨度斜拉桥中，长短不一的斜拉索自振频率覆盖范围大，在外部动荷载作用下，柔性拉索的振动可能与结构的整体振动耦合，引发索-梁共振，从而使结构的振动响应急剧增大[1-2]。
随着我国斜拉桥技术的进步，作用在其上的车辆荷载越来越大，如果由于斜拉桥本身动力特性的原因使得斜拉桥在长期车辆荷载作用下发生大幅索-梁共振，将严重影响斜拉索的耐久性，并会威胁桥上列车的运行安全。
目前，关于拉索局部振动的研究已受到越来越多的关注，取得了一些研究成果[3-6]。
Yang等[3]考虑斜拉索振动过程中的大位移及索力变化非线性特性，采用离散索单元建立斜拉桥模型，研究了主跨150 m斜拉桥拉索在移动荷载作用下的非线性振动；亢战等[4]建立了拉索在车辆荷载激励下的多自由度模型，通过数值方法研究了斜拉桥的共振问题；王涛等[5]研究了索-梁发生大幅度相关振动时的振动特性，得出斜拉桥的整体振动可能引起拉索的大幅振动；张鹤等[6]研究了桥梁结构在车辆荷载作用下的动力反应，同时，根据拉索端的振动时程研究了拉索的振动问题，讨论了拉索、桥梁、外部动力激励三者间的关系。
斜拉桥中斜拉索的面内外耦合内共振分析
斜拉桥中斜拉索的面内外耦合内共振分析
肖志荣;孙炳楠
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2008(25)2
【摘要】研究了桥面侧振引起的斜拉索非线性振动问题.基于HamiIton原理建立了拉索的非线性振动控制方程,并利用多尺度法得到了斜拉索振动方程的二阶近似解.通过具体算例分析了斜拉索面内一阶模态与面外一阶模态相互耦合发生内共振的可能性,讨论了拉索倾斜角对拉索振动的影响,比较了在零初始条件和非零初始条件下拉索振动响应的区别.研究发现:拉索内共振发生在一定的激励频率和激励幅值区域内;改变倾斜角度,会影响拉索发生内共振时激励频率区域的大小;初始条件的不同,拉索的振动形式会相差很大.
【总页数】5页(P278-282)
【作者】肖志荣;孙炳楠
【作者单位】浙江大学建工学院,杭州,310027;浙江科技学院建工学院,杭
州,310012;浙江大学建工学院,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3
【相关文献】
1.港珠澳大桥中央单索面斜拉桥全钢索塔吊装受力分析 [J], 于喜年;崔亮;孙伟
2.斜拉桥塔-索-桥耦合连续模型及其内共振分析 [J], 张妍;王怀磊;杨杰
3.斜拉索在双塔双索面钢——混凝土混合梁斜拉桥中的安装技术探讨——以江顺大桥斜拉索安装为例 [J], 张奥
4.斜拉桥索-面-塔三自由度非线性振动模型及其1:2:1内共振分析 [J], 张妍;王怀磊;杨杰
5.斜拉桥中斜拉索的施工技术分析及管理措施 [J], 曾毅
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大跨度公路城轨两用斜拉桥车桥耦合振动分析
性、 舒 适性 就 越来越 为 工程 界所 关注 。 目前 ， 关 于斜 拉 桥 的 列 车一桥 梁耦 合 振 动 分 析 文 献 较 多 。 ， 而 对 大 跨 度 公 轨 两 用 斜 拉 桥 的 列 车 一汽 车一 桥梁 耦合 振 动研 究 较 少 。李 小 珍 等 。 进 行 过 大 跨 度 公铁 两 用斜拉 桥 车 桥 动 力 分 析 ， 但 其 未 建立 汽 车 的 动力分 析模 型 ， 只是 将 折 减 后 的公 路 荷 载 作 为 静 活 载 以集 中节 点力 的形 式加 以近 似考 虑 。本文 根据 车桥 耦 合 系统 振 动分 析理 论 ， 建立 列 车 和 汽 车 空 间振 动模 型， 以某 公轨 两用 斜拉 桥 为研究 对 象 ， 计 算轻 轨 车和 汽 车 以不 同车 速通 过该 桥 时 的车 桥 耦 合 空 间振 动 响应 ， 检 算该 桥是 否具 有 足够 的横 向 、 竖 向 刚度 及 良好 的 运 营 平稳 性 ， 探 讨 轻轨 车和 汽车 同 时过桥 时 的相互 影 响 。 采用 空 问有 限元 法对桥 梁 结构 的真 实情 况进 行 了 离散 。桁 架 主梁 的各 部分 杆件 ， 包 括上 下 弦杆 、 腹 杆 和 桥塔 采用 空 间梁单 元 来 模 拟 ， 斜 拉 索 离 散 成 空 间 杆 单 元， 由于 自重 垂 曲引起 的非 线性 效 应 ， 采用按 Ｅ ｒ ｎ ｓ ｔ 公
（ １ ． 郑卅 Ｉ 大学 土木工程学 院 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 中 国水 电顾 问集 团 中南 勘 测 设 计研 究 院 ， 湖南 长 沙 ４ １ ０ ０ １ ４ ）
摘要 ： 用 多刚体 结构 模拟 车辆 ， 空间杆 系单 元模 拟桥 梁 ， 建 立 车桥 耦 合 动 力 系统 。 以某 公轨 两 用斜拉 桥
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
— １７—
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、
基于桥面-拉索-阻尼器耦合振动的索力测试合理拾振位置研究
基于桥面-拉索-阻尼器耦合振动的索力测试合理拾振位置研究刘大洋;胡建新;张航;廖敬波【摘要】以厦漳跨海大桥2根安装外置阻尼器的长短索索力测试为背景,引入实际存在的环境激励,通过有限元方法研究拉索在桥面-拉索-阻尼器耦合振动下,拉索外置阻尼器附近不同采集点信号的频谱分析效果.结果表明:外置阻尼器对阻尼器位置拾振点、外置阻尼器与桥面之间拾振点的频谱分析效果影响明显,短索基本识别不出频率,长索可勉强识别少数几阶频率;受外置阻尼器与现场测试条件的限制,索力测试时拾振器的合理安装位置应选在外置阻尼器上部,距外置阻尼器的距离等于阻尼器距桥面距离的拉索上.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2016(032)006【总页数】6页(P65-70)【关键词】外置阻尼器;耦合振动;索力测试;拾振位置【作者】刘大洋;胡建新;张航;廖敬波【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067【正文语种】中文【中图分类】U448.27斜拉桥拉索索力的大小和变化直接关系到桥梁的安全使用和结构性能。
在施工与运营阶段，索力均作为评估斜拉桥受力状态的重要依据，因此准确测量拉索索力参数尤为重要。
目前工程中应用最广的索力测量方法为频率法[1-2]。
影响频率法测试效果的因素主要有2方面：一是拉索本身的参数信息；二是识别拉索频率的准确性。
为抑制长大拉索的大幅振动 [3-4]，在桥面与拉索之间通常会安装外置阻尼器 [5-6]。
安装阻尼器后，拉索边界条件会发生改变，即增加了中间约束，因此，在环境激励下，拉索实际发生的振动是桥面-拉索-阻尼器耦合振动[7]。
现场索力测试时，当拉索桥面端部和阻尼器桥面固定端部的外界环境激励较强时，外置阻尼器附近的拉索上难以获得清晰的拾振信号。
斜拉桥塔-索-桥面连续耦合振动模型及其影响因素分析
分力影 响， ｇ ｆ 入拉 索的高精度抛物 线形 ， 建立桥塔一 拉 索一 桥面连续耦合 非线性振 动精细化模型 ， 推导结构 系统在桥 面和 索塔 激 励作用 下的非线性振 动方程， 研 究塔一 索一 桥 面梁结构系统面 内振动特 性 ， 并编制 程序分 析桥 面与拉 索频率 比 、 桥 面激励 幅值 、
年来 ， 通过 对服 役期 大跨 度斜 拉桥 振动 的 观测表 明 ， 在微 风细 雨气 候条 件 下 ， 拉 索 会 发 生 强 烈 的 大 幅振
动， 振 动 幅值甚 至会 达 到 １ ｉ ｎ以上 ’ ， 普 遍认 为该 振 动是 由拉 索端部 激励 引起 。与风 雨动 力直 接作 用 下拉 索发 生 的振 动不 同 ， 它是 桥 面或 主 塔 激励 作 为 参 数 出现 在拉 索振 动 系统 中 ， 当激 励 频 率 与 拉 索 固
桥跨 的不 断增 大 ， 桥塔 越来 越高 耸 ， 桥 面梁 亦越 来越 轻柔 ， 主塔 和桥 面梁 将 趋 于 一 个 连续 的 弹性 体 。在 风雨 、 车 辆荷 载作 用下 ， 若 一个 索 区 内的桥 面与桥 塔
研究 了三 自由度 索一 梁组 合结 构 的 自激 参 数共 振 ， 观 察 到 了索 的横 向振 动 频 率 、 梁 的横 向振 动频 率 和 梁 的竖 向振动 频 率为 １ ： １ 的共 振现 象 。于 岩磊 将 桥
第 １ ５卷
第 １ ０期
２ ０ １ ５年 ４月
科
学技术与 Nhomakorabea工
程
Ｖｏ １ ．１ ５ Ｎｏ ．１ ０ Ａｐｒ ．２ ０１ ５
１ ６ ７ １ — １ ８ １ ５（ ２ ０１ ５） １ ０ — ０ｌ １ ６ — ０ ８
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
基于达朗贝尔原理的车桥耦合振动模型仿真
基于达朗贝尔原理的车桥耦合振动模型仿真
刘宏伟;沈世鑫
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2022(39)7
【摘要】针对车辆与桥梁间共振现象的影响,导致耦合位移误差较大、振动频率较大的问题,研究一种基于达朗贝尔原理的车桥耦合振动模型仿真方法。
根据车桥之间的时-空分布,构建车桥振动响应关系,在车辆与桥梁始终保持接触的情况下,利用达朗贝尔原理建立车桥耦合振动模型,整合不同振动模型节点的仿真过程为一个振型函数,控制仿真过程的计算量,最终完成车桥耦合振动模型仿真。
仿真结果表明,所设计仿真方法产生的耦合位移误差及振动耦合频率较小,计算量最少,适合实际仿真使用。
【总页数】5页(P143-147)
【作者】刘宏伟;沈世鑫
【作者单位】青海民族大学土木与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG233
【相关文献】
1.基于欧拉梁假定的柔性多体动力学车桥耦合振动分析模型
2.基于多体系统动力学和有限元法的联合仿真在车桥耦合振动研究中的应用
3.基于改进迭代模型的车桥耦合系统竖向随机振动研究∗
4.基于不同车辆模型多车激励公路简支梁车桥耦合振
动响应分析5.基于辊系多模态模式的连轧机机架间耦合振动系统模型的建立及仿真分析
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斜拉桥三维仿真分析
斜拉桥三维仿真分析.txt16生活，就是面对现实微笑，就是越过障碍注视未来；生活，就是用心灵之剪，在人生之路上裁出叶绿的枝头；生活，就是面对困惑或黑暗时，灵魂深处燃起豆大却明亮且微笑的灯展。
17过去与未来，都离自己很遥远，关键是抓住现在，抓住当前。
/filname,cable-stayed bridge,1keyw,pr_struc,1/prep7!定义单元类型et,1,beam4et,2,link10!定义材料属性mp,ex,1,3.5e10mp,prxy,1,0.17mp,dens,1,2500mp,ex,2,10e15mp,prxy,2,0mp,dens,2,0mp,ex,3,1.9e10mp,prxy,3,0.25mp,dens,3,1200mp,damp,3,0.5!定义实常数!定义实常数r,1,25.6,5.546.133,16,1.6r,2,16,29.417,15.394,3.4,4.7r,3,54,364.5,162,6,9r,4,40,213.3,83.3,5,8r,5,1,1/12,1/12,1,1r,6,0.012,0.012 !索的!创建节点和单元!建立主梁节点/view,1,1,1,1/angle,1,270,xm,0/replot*do,i,1,59 !此循环用于建立主梁的半跨节点x=-174*2+(i-1)*6 !最左端x=174*2，x=0左边的节点x坐标值，间距为6y1=-14 !桥面宽28米，故左边节点为-14y2=14 !桥面宽28米，故右边节点为14n,3*(i-1)+1,x !建立主梁节点 3*（i-1）+1为节点号n,3*(i-1)+2,x,y1 !以下两行建立桥面两边节点n,3*i,x,y2 !能想出这种建模命令的绝对是编程高手，哈哈*enddo !完全可以先建立端部的三个节点，然后用这三个节点在x方向上复制59份，间距为6!建立主梁单元type,1real,1mat,1*do,i,1,58,1 !以下循环建立建立桥面中线主梁单元j=3*(i-1)+1e,j,j+3*enddo!建立鱼刺刚横梁type,1real,5mat,2*do,i,1,59,1 !以下循环用于建立桥面鱼刺横梁的节点j=3*(i-1)+1j1=3*(i-1)+2j2=3*ie,j,j1e,j,j2*enddo!建立半跨主塔i=59*3 !变量用于记录桥面的节点数，即至此已经建立了59*3个节点了，用于指导以后设定节点的编号n,i+1,-174,-10,-30 !以下两行记录塔脚节点n,i+2,-174,10,-30n,i+3,-174,-15 !以下两行用于建立与桥面齐高的主塔节点n,i+4,-174,15*do,j,1,5,1 !以下循环用于建立索塔在桥面以上的节点k=i+4+jn,k,-174,0,60+(j-1)*18*enddo!建立下索塔单元type,1real,4mat,1e,i+1,i+3 !以下用于建立主塔在桥面以下的两根塔柱单元e,i+2,i+4!建立中索塔单元type,1real,3mat,1e,i+3,i+5 !以下用于建立倒Y分叉点到桥面间的两根塔柱单元i+5=182号e,i+4,i+5!建立上索塔单元type,1real,2mat,1*do,j,1,4,1 !以下用于建立倒Y分叉点以上的塔柱单元k=i+4+je,k,k+1*enddo!建立与塔的倒Y分叉点链接的索单元type,2real,6mat,3e,i+5,89e,i+5,90!建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的索单元*do,j,1,8,1!此循环用于建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的所有索单元，共32个e,i+6,89+3*je,i+6,89-3*je,i+6,90+3*je,i+6,90-3*j*enddo!建立与主塔的其他三个张拉点连接的单元*do,k,1,3,1*do,j,1,7,1e,i+6+k,113+(k-1)*21+3*j !一共有28个索单元连接在每个张拉点上e,i+6+k,65-(k-1)*21-3*je,i+6+k,114+(k-1)*21+3*je,i+6+k,66-(k-1)*21-3*j*enddo*enddo!生成全桥模型节点i=i+9 !记录半跨的所有节点数nsym,x,i,all !用映射法直接建立另半跨节点esym,,i,all !用映射法直接建立另半跨单元nummrg,all !合并所有节点和单元!建立索塔连接横梁单元type,1real,5mat,2j=ii=i-9n,1000,-174e,1000,i+3e,1000,i+4n,2000,174e,2000,i+3+je,2000,i+4+j!施加主塔的四个脚上的全约束nsel,s,loc,z,-30d,all,allallsel!在左桥端施加y,z约束nsel,s,loc,x,-348 !仅给左端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyd,all,uzallsel!在右桥端施加y约束nsel,s,loc,x,348 !仅给右端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyallselnumcmp,all!施加重力场acel,,,9.8!耦合节点,耦合跨中由于对称而重复的单元节点以及两主塔上塔横梁和主梁的重合节点，cpintf,uycpintf,uzcpintf,rotxcpintf,rotz!成桥状态的确定!静力的初步计算!直接进行静力计算/solusolvefinish!得到最大位移为1.288m，由于偏差太大需要重新计算（与事实不符）!修改实常数后重新计算：令r,6,0.012,0.012,即给索以预应变0.012/solu !为了将计算应力用于下面的动力分析，这里打开预应力和集中质量设置开关lumpm,on!指定一个集中质量矩阵表述pstres,onsolvefinish!求得最大位移为0.0329m，说明已经达到成桥状态要求,(与事实不符)!模态分析!分析设置/soluantype,2MODOPT,LANB,20EQSLV,SPAR !指定方程求解器类型MXPAND,10, , ,0LUMPM,onPSTRES,onMODOPT,LANB,20,0,100, ,OFFUPCOORD,1,ON !更新模型计算坐标，目的是为了将预应力效应准确的应用能够到模态分析上来!分析设置完毕solvefinish!激励耦合分析!恢复成桥静力计算结果RESUME, cable-stayedbridge,db, !路径：utility menu>file>resume jobname.db!从数据库中恢复数据库文件!生成地震激励向量，将记事本格式的地震波数据调入到工作目录下,并执行以下命令*DIM,aay1,ARRAY,2,50,1*DIM,aaz1,ARRAY,2,50,1*CREATE,ansuitmp!建立或打开宏文件*VREAD,aay1(1,1),'tjx','txt',' ',50!读取数据，并产生一个数组参数向量或矩阵(e9.3,e11.3)*END/INPUT,ansuitmp*CREATE,ansuitmp!建立或打开宏文件*VREAD,aaz1(1,1),'tjy','txt',' ',50!读取数据，并产生一个数组参数向量或矩阵(e9.3,e11.3)*END/INPUT,ansuitmp!输入车辆激励波，Z=1000*cos(10*t).车子跨越一个单元的时间为0.1秒（速度216公里/小时），全桥共696米，历时11.6秒，纵向共116个单元，117个节点n=117 !定义向量维数*dim,fcar,array,n !定义车载荷向量*do,i,1,n,1 !以下循环为生成车载荷数据，即向“farc”矩阵中写入数据tt=(i-1)*0.1fcar(i)=1000*cos(10*tt)*enddo!输入风载荷激励p=50*sin(1.5*t)。
大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析
大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析
凌胜春
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2014(000)006
【摘要】以某主跨432 m 铁路斜拉桥为例，运用桥梁结构动力学与车辆动力学，将桥上通行列车和桥梁视为联合动力体系，建立精细的列车与大跨度铁路斜拉桥的车桥耦合动力分析模型，计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性，计算结果表明：当国产 C62货车和 CRH2客车以不同的速度通过斜拉桥时，车辆、桥梁的动力响应均能达标，列车具有良好的走行性，该斜拉桥具有足够的横向、竖向刚度。
研究结果为大跨度铁路斜拉桥的动力设计提供了理论依据。
【总页数】5页(P34-37,72)
【作者】凌胜春
【作者单位】湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.大跨度公路城轨两用斜拉桥车桥耦合振动分析 [J], 陈代海;刘胤虎;李整
2.大跨度公路斜拉桥车桥耦合振动竖向响应分析 [J], 李武生;王贵春;陈卫丽;张校卫
3.考虑桥面初始变形的大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析 [J], 孙洪斌
4.大跨度斜拉桥车桥耦合振动响应的影响分析 [J], 黄志和;张天天;罗苑
5.大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析 [J], 王贵春;潘家英;张欣
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车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析
车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析作者：殷新锋晏万里任厚乾刘扬来源：《湖南大学学报·自然科学版》2021年第09期摘要：現有车-桥耦合振动分析中车辆模型不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.为了进一步研究充气轮胎胎压对车-桥耦合振动的影响，基于LS-DYNA 程序，采用线弹性橡胶材料模拟轮胎并定义轮胎内气压，结合常用重载三轴汽车的结构参数，运用弹簧阻尼单元及梁、壳单元模拟车辆悬架系统的动力特性，建立可分析车轮气压的三维车辆模型;并基于实桥试验结果及响应面法得到高精度有限元桥梁模型;通过显式求解程序LS-DYNA内置的接触算法，将车辆子系统和桥梁子系统联立耦合起来，形成显式的车-桥耦合振动分析模型.计算结果与实测结果对比分析验证了该方法的正确性，并分析了轮胎胎压对桥梁振动的影响.关键词：响应面法;有限元模型修正;连续刚构桥;LS-DYNA;动力响应中图分类号：U441.2 文献标志码：AFine Modeling of Coupled Vibration of Highway Bridge underVehicle Loading and Verification AnalysisYIN Xinfeng1，YAN Wanli1，REN Houqian1，LIU Yang1，2（1. College of Civil Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha 410114，China;2. College of Civil Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou 412007，China）Abstract：In the existing coupling vibration analysis of vehicle bridge，the influence of vehicle dynamic characteristics and flexible tire on the vehicle bridge coupling vibration response can not be accurately considered. In order to further study the influence of pneumatic tire pressure on vehicle bridge coupling vibration，the linear elastic rubber material is used to simulate the tire and define the air pressure in the tire based on LS-DYNA program. Combined with the structural parameters of the commonly used heavy-duty three-axle vehicle，the dynamic characteristics of the vehicle suspension system are simulated by using the spring damping element，beam and shell element，and a three-dimensional vehicle model is established. Based on the test results of the real bridge and the response surface method，a high-precision finite element bridge model is obtained. The vehicle subsystem and the bridge subsystem are coupled together to form the explicit vehicle bridge coupling vibration analysis model through the contact algorithm built in the explicit solution program LS-DYNA. The correctness of the method is verified by comparing the calculation results with the measured results，and the influence of tire pressure on bridge vibration is analyzed.Key words：response surface method;finite element model updating;continuous rigid-frame bridge;LS-DYNA;dynamic response车辆在桥梁上行驶时产生的激励导致车辆和桥梁产生相互振动，该振动称为车桥耦合振动[1]. 国内外学者对车桥耦合振动问题进行了大量研究，并取得非凡成果.夏禾[2]将车辆简化为悬挂振动模型，研究了车-桥-墩相互作用的动力响应. Cai等[3-4]采用两轴车辆模型，基于功率谱密度函数生成随机桥面不平整度，分析了车辆荷载作用下桥梁振动响应. Huang等[5]采用三轴车辆有限元模型研究了简支梁的车桥随机振动. 韩万水等[6]结合实测数据对桥梁模型进行修正以得到桥梁基准模型，并采用梁格法对车桥振动进行分析. 李奇等[7]考虑车体柔性的影响，分析了高速列车和简支梁桥相互作用的影响. 邓露等[8]运用动态称重技术（BWIM）实时监测车辆总重和轴重，进行中小型跨径混凝土梁桥的振动研究.赵越等[9]基于等参映射与改进折半法在传统车桥耦合分析的基础上进一步提升其分析精度及计算效率，从而进行公路车桥耦合分析.但关于充气轮胎胎压对车-桥耦合振动影响的研究较少.主要原因为现有车-桥耦合振动分析中车辆模型多为简化的质量-弹簧-阻尼多自由度振动模型[10-13]，该模型常将车轮简化为点或者等效线面接触，故不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.因此，建立精确车辆模型和桥梁模型是至关重要的，这样才能提高数值模拟精度，为桥梁结构的健康运营提供有利建议.本文以一座连续刚构箱梁桥为工程背景.首先，基于LS-DYNA程序以车辆实际构造及动力特性为基准，建立车辆精细三维有限元模型;然后，结合响应面法并依据实桥试验结果对桥梁模型进行修正，以得高精度的桥梁有限元模型;最后，通过LS-DYNA程序将桥梁模型和车辆模型进行耦合，求解车桥的振动响应，并通过改变车轮气压，分析该参数对桥梁振动响应的影响.1 车辆模型的建立及校验1.1 车辆模型的建立在车桥耦合振动模型中，影响桥梁振动响应的主要因素为车辆模型的动力特性和荷载分布. 车辆模型需着重模拟悬架系统、车轮和轴重. 本文参照东风牌三轴载重自卸货车，建立车辆有限元模型，其相关参数如表1所示.前中轴距为3.5 m，中后轴距为1.4 m，后轮距为1.8 m. 基于CAD软件SolidWorks分别建立各部位的几何模型并进行网格划分，最后使用梁、壳、实体单元及离散单元等赋予不同部位网格不同的属性，从而构建车辆模型，如图1所示.车轮由轮胎、轮盘和轮毂组成.轮胎采用线弹性橡胶材料，轮盘和轮毂采用线弹性钢材材料，车轮模型中各部位连接均为刚性连接，边界为刚性固态约束，有限元模型如图2所示. 根据轮胎内实际气压，使用LS-DYNA程序关键字*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL定义由轮胎、轮毂组成的封闭体内的气压，其气体压力值为0.6 MPa.由于车辆悬架系统结构复杂，本文采用壳单元、刚体、弹簧阻尼单元和多点约束来模拟悬架系统.前后悬架的弹簧和阻尼器的参数参考文献[14]，前悬架的弹簧刚度取800 N/mm，阻尼系数取20 Ns/mm;后悬架的弹簧刚度取1 200 N/mm，阻尼系数取25 Ns/mm. 前后悬架实体构造及有限元模型如图3所示.为了使车轮正常转动，在轮盘与车轴之间设置旋转铰，再通过定义*INITIAL_VELOCTIY_GENERATION关键字设置车轮的转动和平动速度，实现车轮滚动向前的状态，如图4所示.1.2 车辆模型的校验在车辆模型的3个轴上选择6个节点，约束竖向位移. 然后对车辆施加重力荷载使车辆产生瞬时振动，再通过定义关键字*DAMPING_GLOBAL对车辆模型施加全局阻尼，使其快速达到稳定状态，计算出约束反力，并与实测车辆轴重进行比较，最终得到车辆模型的轴载曲线如图5所示.由表2知，车体总重偏差为0.87%，说明实测车辆轴重分布特性能体现于建立的车辆模型.通过对比车辆模型和实测车辆的自振频率，验证车辆模型动力特性的有效性. 如图6所示，该车实测自振频率为1.635 Hz，车辆有限元模型的自振频率为1.647 Hz，显然，两者基频相差很小.2 桥梁模型2.1 桥梁概况该桥主桥为三跨变截面预应力混凝土连续刚构结构，跨径布置为（65+120+65） m，其立面及断面示意图分别如图7和图8所示.2.2 实桥试验利用有限元软件ANSYS建立初始有限元模型如图9所示. 主梁和墩身都用实体单元模拟，墩底采用固结连接. 混凝土密度取为2 500 kg/m3，主梁和墩的混凝土弹性模量分别为34.5 GPa和32.5 GPa.现场对桥梁进行静力试验，测试中加载车辆总数为6辆，每辆总重为35 t，车辆前轴重7 t，中轴和后轴各重14 t，车辆照片如图10所示.在正式试验前先进行预加载，以消除非弹性变形，确保试验及设备处于良好工作状态. 正式试验中将加载车分3級加载，每一级加载持荷2 ～ 3 min，待实测应变及挠度数据稳定后进行数据的采集工作，再进行下一级的加载工作. 限于篇幅，仅就其中一个工况做详要概述. 为了使加载截面承受最大正弯矩，在中跨跨中截面中心加载，相应的荷载效率系数为0.967.挠度测点布置如图11所示.实桥试验的挠度采用水准仪进行测量，现场测试照片如图12所示.脉动试验采用多通道数据采集分析系统NI公司的PXI系统进行试验，采用8330B3型超低频加速度传感器进行数据采集，最低采样频率从0 Hz开始，采集主梁横向和竖向振动数据，再经信号分析得到全桥的各阶固有振动特性，现场采集照片如图13所示.2.3 基于响应面法的有限元模型更新基于响应面法的有限元模型修正是用响应面函数来模拟实际结构的响应函数，将试验设计与数理统计相结合，通过样本选取、方差分析参数选取、响应面的拟合及采用优化算法寻求响应面模型中的最优解来进行有限元模型修正.据文献[15-16]知，影响有限元模型与实测桥梁结构差别的主要因素为结构混凝土密度、主梁和墩混凝土弹性模量，因此取这三个因素作为变量. 为获得响应与所选定的三参数之间的联系，首先需要参数设计. 根据参数取值的变化规律，假设三参数的单位长度值为10%，则可得该三参数值的变化范围见表3.以桥梁模态和静力变形为目标来更新桥梁模型，选取桥梁结构的第一阶自振频率（R1）、测点5挠度值（R2）和测点6挠度值（R3）作为目标函数.这3个目标函数充分利用了现场的实桥试验条件，且包含了桥梁静、动力性能指标，可较为全面、准确地反映桥梁的力学性能.根据上述试验设计，应用回归分析技术对样本数据进行响应面拟合，并用R2准则和R2adj准则进行响应面拟合精度的检验，其表达式见方程（1）（2）.式中：SST = SSE + SSR表示模型的总方差;dT表示模型的总自由度.如果R2和R2adj的值都接近1且两者差值很小，则表示响应面方程拟合得很好.本文以一座连续刚构箱梁桥为工程背景.首先，基于LS-DYNA程序以车辆实际构造及动力特性为基准，建立车辆精细三维有限元模型;然后，结合响应面法并依据实桥试验结果对桥梁模型进行修正，以得高精度的桥梁有限元模型;最后，通过LS-DYNA程序将桥梁模型和车辆模型进行耦合，求解车桥的振动响应，并通过改变车轮气压，分析该参数对桥梁振动响应的影响.1 车辆模型的建立及校验1.1 车辆模型的建立在车桥耦合振动模型中，影响桥梁振动响应的主要因素为车辆模型的动力特性和荷载分布. 车辆模型需着重模拟悬架系统、车轮和轴重. 本文参照东风牌三轴载重自卸货车，建立车辆有限元模型，其相关参数如表1所示.前中轴距为3.5 m，中后轴距为1.4 m，后轮距为1.8 m. 基于CAD软件SolidWorks分别建立各部位的几何模型并进行网格划分，最后使用梁、壳、实体单元及离散单元等赋予不同部位网格不同的属性，从而构建车辆模型，如图1所示.车轮由轮胎、轮盘和轮毂组成.轮胎采用线弹性橡胶材料，轮盘和轮毂采用线弹性钢材材料，车轮模型中各部位连接均为刚性连接，边界为刚性固态约束，有限元模型如图2所示. 根据轮胎内实际气压，使用LS-DYNA程序关键字*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL定义由轮胎、轮毂组成的封闭体内的气压，其气体压力值为0.6 MPa.由于车辆悬架系统结构复杂，本文采用壳单元、刚体、弹簧阻尼单元和多点约束来模拟悬架系统.前后悬架的弹簧和阻尼器的参数参考文献[14]，前悬架的弹簧刚度取800 N/mm，阻尼系数取20 Ns/mm;后悬架的弹簧刚度取1 200 N/mm，阻尼系数取25 Ns/mm. 前后悬架实体构造及有限元模型如图3所示.为了使车轮正常转动，在轮盘与车轴之间设置旋转铰，再通过定义*INITIAL_VELOCTIY_GENERATION关键字设置车轮的转动和平动速度，实现车轮滚动向前的状态，如图4所示.1.2 车辆模型的校验在车辆模型的3个轴上选择6个节点，约束竖向位移. 然后对车辆施加重力荷载使车辆产生瞬时振动，再通过定义关键字*DAMPING_GLOBAL对车辆模型施加全局阻尼，使其快速达到稳定状态，计算出约束反力，并与实测车辆轴重进行比较，最终得到车辆模型的轴载曲线如图5所示.由表2知，车体总重偏差为0.87%，说明实测车辆轴重分布特性能体现于建立的车辆模型.通过对比车辆模型和实测车辆的自振频率，验证车辆模型动力特性的有效性. 如图6所示，该车实测自振频率为1.635 Hz，车辆有限元模型的自振频率为1.647 Hz，显然，两者基频相差很小.2 桥梁模型2.1 橋梁概况该桥主桥为三跨变截面预应力混凝土连续刚构结构，跨径布置为（65+120+65） m，其立面及断面示意图分别如图7和图8所示.2.2 实桥试验利用有限元软件ANSYS建立初始有限元模型如图9所示. 主梁和墩身都用实体单元模拟，墩底采用固结连接. 混凝土密度取为2 500 kg/m3，主梁和墩的混凝土弹性模量分别为34.5 GPa和32.5 GPa.现场对桥梁进行静力试验，测试中加载车辆总数为6辆，每辆总重为35 t，车辆前轴重7 t，中轴和后轴各重14 t，车辆照片如图10所示.在正式试验前先进行预加载，以消除非弹性变形，确保试验及设备处于良好工作状态. 正式试验中将加载车分3级加载，每一级加载持荷2 ～ 3 min，待实测应变及挠度数据稳定后进行数据的采集工作，再进行下一级的加载工作. 限于篇幅，仅就其中一个工况做详要概述. 为了使加载截面承受最大正弯矩，在中跨跨中截面中心加载，相应的荷载效率系数为0.967.挠度测点布置如图11所示.实桥试验的挠度采用水准仪进行测量，现场测试照片如图12所示.脉动试验采用多通道数据采集分析系统NI公司的PXI系统进行试验，采用8330B3型超低频加速度传感器进行数据采集，最低采样频率从0 Hz开始，采集主梁横向和竖向振动数据，再经信号分析得到全桥的各阶固有振动特性，现场采集照片如图13所示.2.3 基于响应面法的有限元模型更新基于响应面法的有限元模型修正是用响应面函数来模拟实际结构的响应函数，将试验设计与数理统计相结合，通过样本选取、方差分析参数选取、响应面的拟合及采用优化算法寻求响应面模型中的最优解来进行有限元模型修正.据文献[15-16]知，影响有限元模型与实测桥梁结构差别的主要因素为结构混凝土密度、主梁和墩混凝土弹性模量，因此取这三个因素作为变量. 为获得响应与所选定的三参数之间的联系，首先需要参数设计. 根据参数取值的变化规律，假设三参数的单位长度值为10%，则可得该三参数值的变化范围见表3.以桥梁模态和静力变形为目标来更新桥梁模型，选取桥梁结构的第一阶自振频率（R1）、测点5挠度值（R2）和测点6挠度值（R3）作为目标函数.这3个目标函数充分利用了现场的实桥试验条件，且包含了桥梁静、动力性能指标，可较为全面、准确地反映桥梁的力学性能.根据上述试验设计，应用回归分析技术对样本数据进行响应面拟合，并用R2准则和R2adj准则进行响应面拟合精度的检验，其表达式见方程（1）（2）.式中：SST = SSE + SSR表示模型的总方差;dT表示模型的总自由度.如果R2和R2adj的值都接近1且两者差值很小，则表示响应面方程拟合得很好.本文以一座连续刚构箱梁桥为工程背景.首先，基于LS-DYNA程序以車辆实际构造及动力特性为基准，建立车辆精细三维有限元模型;然后，结合响应面法并依据实桥试验结果对桥梁模型进行修正，以得高精度的桥梁有限元模型;最后，通过LS-DYNA程序将桥梁模型和车辆模型进行耦合，求解车桥的振动响应，并通过改变车轮气压，分析该参数对桥梁振动响应的影响.1 车辆模型的建立及校验1.1 车辆模型的建立在车桥耦合振动模型中，影响桥梁振动响应的主要因素为车辆模型的动力特性和荷载分布. 车辆模型需着重模拟悬架系统、车轮和轴重. 本文参照东风牌三轴载重自卸货车，建立车辆有限元模型，其相关参数如表1所示.前中轴距为3.5 m，中后轴距为1.4 m，后轮距为1.8 m.基于CAD软件SolidWorks分别建立各部位的几何模型并进行网格划分，最后使用梁、壳、实体单元及离散单元等赋予不同部位网格不同的属性，从而构建车辆模型，如图1所示.车轮由轮胎、轮盘和轮毂组成.轮胎采用线弹性橡胶材料，轮盘和轮毂采用线弹性钢材材料，车轮模型中各部位连接均为刚性连接，边界为刚性固态约束，有限元模型如图2所示. 根据轮胎内实际气压，使用LS-DYNA程序关键字*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL定义由轮胎、轮毂组成的封闭体内的气压，其气体压力值为0.6 MPa.由于车辆悬架系统结构复杂，本文采用壳单元、刚体、弹簧阻尼单元和多点约束来模拟悬架系统.前后悬架的弹簧和阻尼器的参数参考文献[14]，前悬架的弹簧刚度取800 N/mm，阻尼系数取20 Ns/mm;后悬架的弹簧刚度取1 200 N/mm，阻尼系数取25 Ns/mm. 前后悬架实体构造及有限元模型如图3所示.为了使车轮正常转动，在轮盘与车轴之间设置旋转铰，再通过定义*INITIAL_VELOCTIY_GENERATION关键字设置车轮的转动和平动速度，实现车轮滚动向前的状态，如图4所示.1.2 车辆模型的校验在车辆模型的3个轴上选择6个节点，约束竖向位移. 然后对车辆施加重力荷载使车辆产生瞬时振动，再通过定义关键字*DAMPING_GLOBAL对车辆模型施加全局阻尼，使其快速达到稳定状态，计算出约束反力，并与实测车辆轴重进行比较，最终得到车辆模型的轴载曲线如图5所示.由表2知，车体总重偏差为0.87%，说明实测车辆轴重分布特性能体现于建立的车辆模型.通过对比车辆模型和实测车辆的自振频率，验证车辆模型动力特性的有效性. 如图6所示，该车实测自振频率为1.635 Hz，车辆有限元模型的自振频率为1.647 Hz，显然，两者基频相差很小.2 桥梁模型2.1 桥梁概况该桥主桥为三跨变截面预应力混凝土连续刚构结构，跨径布置为（65+120+65） m，其立面及断面示意图分别如图7和图8所示.2.2 实桥试验利用有限元软件ANSYS建立初始有限元模型如图9所示. 主梁和墩身都用实体单元模拟，墩底采用固结连接. 混凝土密度取为2 500 kg/m3，主梁和墩的混凝土弹性模量分别为34.5 GPa和32.5 GPa.现场对桥梁进行静力试验，测试中加载车辆总数为6辆，每辆总重为35 t，车辆前轴重7 t，中轴和后轴各重14 t，车辆照片如图10所示.在正式试验前先进行预加载，以消除非弹性变形，确保试验及设备处于良好工作状态. 正式试验中将加载车分3级加载，每一级加载持荷2 ～ 3 min，待实测应变及挠度数据稳定后进行数据的采集工作，再进行下一级的加载工作. 限于篇幅，仅就其中一个工况做详要概述. 为了使加载截面承受最大正弯矩，在中跨跨中截面中心加载，相应的荷载效率系数为0.967.挠度测点布置如图11所示.实桥试验的挠度采用水准仪进行测量，现场测试照片如图12所示.脉动试验采用多通道数据采集分析系统NI公司的PXI系统进行试验，采用8330B3型超低频加速度传感器进行数据采集，最低采样频率从0 Hz开始，采集主梁横向和竖向振动数据，再经信号分析得到全桥的各阶固有振动特性，现场采集照片如图13所示.2.3 基于响应面法的有限元模型更新基于响应面法的有限元模型修正是用响应面函数来模拟实际结构的响应函数，将试验设计与数理统计相结合，通过样本选取、方差分析参数选取、响应面的拟合及采用优化算法寻求响应面模型中的最优解来进行有限元模型修正.据文献[15-16]知，影响有限元模型与实测桥梁结构差别的主要因素为结构混凝土密度、主梁和墩混凝土弹性模量，因此取这三个因素作为变量. 为获得响应与所选定的三参数之间的联系，首先需要参数设计. 根据参数取值的变化规律，假设三参数的单位长度值为10%，则可得该三参数值的变化范围见表3.以桥梁模态和静力变形为目标来更新桥梁模型，选取桥梁结构的第一阶自振频率（R1）、测点5挠度值（R2）和测点6挠度值（R3）作为目标函数.这3个目标函数充分利用了现场的实桥试验条件，且包含了桥梁静、动力性能指标，可较为全面、准确地反映桥梁的力学性能.根据上述试验设计，应用回归分析技术对样本数据进行响应面拟合，并用R2准则和R2adj准则进行响应面拟合精度的检验，其表达式见方程（1）（2）.式中：SST = SSE + SSR表示模型的总方差;dT表示模型的总自由度.如果R2和R2adj的值都接近1且两者差值很小，则表示响应面方程拟合得很好.本文以一座连续刚构箱梁桥为工程背景.首先，基于LS-DYNA程序以车辆实际构造及动力特性为基准，建立车辆精细三维有限元模型;然后，结合响应面法并依据实桥试验结果对桥梁模型进行修正，以得高精度的桥梁有限元模型;最后，通过LS-DYNA程序将桥梁模型和车辆模型进行耦合，求解车桥的振动响应，并通过改变车轮气压，分析该参数对桥梁振动响应的影响.1 车辆模型的建立及校验1.1 车辆模型的建立在车桥耦合振动模型中，影响桥梁振动响应的主要因素为车辆模型的动力特性和荷载分布. 车辆模型需着重模拟悬架系统、车轮和轴重. 本文参照东风牌三轴载重自卸货车，建立车辆有限元模型，其相关参数如表1所示.前中轴距为3.5 m，中后轴距为1.4 m，后轮距为1.8 m. 基于CAD软件SolidWorks分别建立各部位的几何模型并进行网格划分，最后使用梁、壳、实体单元及离散单元等赋予不同部位网格不同的属性，从而构建车辆模型，如图1所示.车轮由轮胎、轮盘和轮毂组成.轮胎采用线弹性橡胶材料，轮盘和轮毂采用线弹性钢材材料，车轮模型中各部位连接均为刚性连接，边界为刚性固态约束，有限元模型如图2所示. 根据轮胎内实际气压，使用LS-DYNA程序关键字*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL定义由轮胎、轮毂组成的封闭体内的气压，其气体压力值为0.6 MPa.由于车辆悬架系统结构复杂，本文采用壳单元、刚体、弹簧阻尼单元和多点约束来模拟悬架系统.前后悬架的弹簧和阻尼器的参数参考文献[14]，前悬架的弹簧刚度取800 N/mm，阻尼系数取20 Ns/mm;后悬架的弹簧刚度取1 200 N/mm，阻尼系数取25 Ns/mm. 前后悬架实体构造及有限元模型如图3所示.为了使车轮正常转动，在轮盘与车轴之间设置旋转铰，再通过定义*INITIAL_VELOCTIY_GENERATION关键字设置车轮的转动和平动速度，实现车轮滚动向前的状态，如图4所示.1.2 车辆模型的校验在车辆模型的3个轴上选择6个节点，约束竖向位移. 然后对车辆施加重力荷载使车辆产生瞬时振动，再通过定义关键字*DAMPING_GLOBAL对车辆模型施加全局阻尼，使其快速达到稳定状态，计算出约束反力，并与实测车辆轴重进行比较，最终得到车辆模型的轴载曲线如图5所示.由表2知，车体总重偏差为0.87%，说明实测车辆轴重分布特性能体现于建立的车辆模型.通过对比车辆模型和实测车辆的自振频率，验证车辆模型动力特性的有效性. 如图6所示，该车实测自振频率为1.635 Hz，车辆有限元模型的自振频率为1.647 Hz，显然，两者基频相差很小.2 桥梁模型2.1 桥梁概况该桥主桥为三跨变截面预应力混凝土连续刚构结构，跨径布置为（65+120+65） m，其立面及断面示意图分别如图7和图8所示.2.2 实桥试验利用有限元软件ANSYS建立初始有限元模型如图9所示. 主梁和墩身都用实体单元模拟，墩底采用固结连接. 混凝土密度取为2 500 kg/m3，主梁和墩的混凝土弹性模量分别为34.5 GPa和32.5 GPa.现場对桥梁进行静力试验，测试中加载车辆总数为6辆，每辆总重为35 t，车辆前轴重7 t，中轴和后轴各重14 t，车辆照片如图10所示.在正式试验前先进行预加载，以消除非弹性变形，确保试验及设备处于良好工作状态. 正式试验中将加载车分3级加载，每一级加载持荷2 ～ 3 min，待实测应变及挠度数据稳定后进行数据的采集工作，再进行下一级的加载工作. 限于篇幅，仅就其中一个工况做详要概述. 为了使加载截面承受最大正弯矩，在中跨跨中截面中心加载，相应的荷载效率系数为0.967.挠度测点布置如图11所示.实桥试验的挠度采用水准仪进行测量，现场测试照片如图12所示.脉动试验采用多通道数据采集分析系统NI公司的PXI系统进行试验，采用8330B3型超低频加速度传感器进行数据采集，最低采样频率从0 Hz开始，采集主梁横向和竖向振动数据，再经信号分析得到全桥的各阶固有振动特性，现场采集照片如图13所示.2.3 基于响应面法的有限元模型更新基于响应面法的有限元模型修正是用响应面函数来模拟实际结构的响应函数，将试验设计与数理统计相结合，通过样本选取、方差分析参数选取、响应面的拟合及采用优化算法寻求响应面模型中的最优解来进行有限元模型修正.。
基于BP神经网络的斜拉桥车桥耦合振动响应预测
基于BP神经网络的斜拉桥车桥耦合振动响应预测斜拉桥作为一种特殊的桥梁结构，其载荷作用下的振动问题一直备受关注。
而斜拉桥的车桥耦合振动则是斜拉桥振动问题中的重要一个方面。
通过预测斜拉桥车桥耦合振动响应，能够有效地指导斜拉桥的设计和维护。
本文将基于BP神经网络的方法，对斜拉桥的车桥耦合振动响应进行预测。
1. 引言斜拉桥是一种通过拉索来支撑桥面的桥梁结构，具有自重轻、刚度大、抗风能力强等优点。
然而，斜拉桥在使用过程中也面临着车桥耦合振动问题，这会对桥梁的安全性和舒适性产生不利影响。
因此，预测斜拉桥车桥耦合振动响应具有重要的研究意义。
2. 斜拉桥车桥耦合振动响应预测方法2.1 BP神经网络原理BP神经网络是一种常用的人工神经网络，其通过反向传播算法来训练网络模型，实现对数据的拟合与预测。
BP神经网络由输入层、隐含层和输出层构成，通过调整网络的权重和阈值来实现输入与输出之间的映射关系。
2.2 数据采集与处理为了进行斜拉桥车桥耦合振动响应预测，首先需要采集并处理相应的振动数据。
通过传感器等装置，可以获取到斜拉桥车桥耦合振动的实时数据，然后对其进行采样和滤波处理，以提取有效的振动特征。
2.3 BP神经网络模型构建与训练将处理好的振动数据作为BP神经网络的输入，而斜拉桥车桥耦合振动的响应则作为输出。
然后，根据采集到的历史数据，构建BP神经网络模型，并通过反向传播算法对其进行训练。
3. 斜拉桥车桥耦合振动响应预测实验与结果分析为了验证所提出的方法，我们选择了某斜拉桥作为实验对象，采集了其车桥耦合振动数据，并进行了预测实验。
经过多次实验和训练，得到了一组较为准确的预测模型。
4. 结论通过基于BP神经网络的方法对斜拉桥的车桥耦合振动响应进行预测，可以为斜拉桥的设计和维护提供科学依据。
本文的研究在理论上和实践上都有重要的意义，对于斜拉桥振动问题的解决具有一定的指导价值。
综上所述，本文介绍了基于BP神经网络的斜拉桥车桥耦合振动响应预测方法。
斜拉桥施工过程仿真分析
斜拉桥施工过程仿真分析张春生!"梁志广#"李建中#$!%铁道部第十九工程局"辽宁辽阳!!!&&&’#%石家庄铁道学院"河北石家庄&(&&)*+摘要,介绍了预应力混凝土斜拉桥施工过程的仿真分析方法-该方法通过引入./列式法考虑结构的几何非线性行为0引入温度场理论计算温度的影响0采用有限元步进法结合随龄期调整的有效模量法考虑混凝土收缩徐变的影响"同时收缩徐变参数及模式可以根据实际材料特性而选取-该方法与以往的方法相比分析精度更高-利用该方法开发的软件!112年在汕头石大桥上应用"受到专家的好评-关键词,斜拉桥’预应力混凝土桥’收缩徐变’有限元法’仿真分析中图分类号,3))2%#4’53*!!%)!文献标识码,6文章编号,!&&*7)4##$#&&&+&&&47&)收稿日期,#&&&7!)作者简介,张春生$!1887+"男"工程师"!11&年4月毕业于石家庄铁道学院桥梁工程系"工学学士-9前言自!1((年第一座现代斜拉桥在瑞典落成以来"斜拉桥无论是在建造还是在理论分析方面都取得了突飞猛进的发展-现代斜拉桥的发展方向为大跨0轻型"其施工方法多采用悬臂施工法-在悬臂施工过程中"随着主梁的延伸和缆索的张拉"结构的超静定次数不断增加"结构对施工过程中各种因素影响的反应非常敏感"这就使得斜拉桥的内力和变形分析比一般桥梁结构要复杂得多-预应力混凝土斜拉桥施工过程仿真分析中需要考虑的因素很多"主要有,:结构自重’;混凝土的收缩0徐变’<预应力筋的张拉及预应力损失’=索的张拉’>结构的几何非线性’?温度’@施工荷载$挂篮0施工设备以及人员等+-国内在这方面已进行了一些研究"但在分析过程中都进行了不同程度的简化"这些简化主要体现在对结构的几何非线性分析0对混凝土的收缩徐变分析0对温度影响分析0以及对预应力损失分析等方面-本文选用的计算方法可以对以上影响因素进行全面分析"分析精度更高"并在实际工程中得到了应用-下面简要介始本文的计算理论和方法-A 分析方法A B 9概述对于斜拉桥整个施工过程"根据实际施工进程$浇注混凝土或拼装预制梁段0张拉缆索及预应力筋0体系转换等+划分时段$工况+"对于每一工况利用空间杆系有限元考虑结构的几何非线性"分析施工过程中结构内力和变形的变化’根据实际划分的时段$工况+"选取不同的收缩徐变模式$6.C 0D E #0.F D 7G C E +"结合步进法和随时间调整的有效模量法计算每一时段由于混凝土收缩徐变引起的结构内力和变形的变化’根据温度场理论"利用热传导分析方法分析每一时段温度变化引起的结构内力和变形的变化-A B A 结构的几何非线性斜拉桥是一种柔性高次超静定结构"有较强的几何非线性行为-引起斜拉桥几何非线性的因素主要有,斜索的垂度效应0梁柱$H 7I +效应0结构的大位移-本文采用杆系结构有限元法考虑斜拉桥结构的几何非线性"选用./列式法J !K进行求解-A B L 有限元步进法根据实际施工过程$如建造新单元0张拉索0体系转换0张拉力筋0施加施工荷载等+划分为若干个时段"以施工阶段的起止0结构体系转换0加载或卸载的时刻"作为各阶段与时间间隔的分界点-由初始时刻M !起"以后各计算时刻依次为M #0M *0N 0M O 0N0M P 0M P Q !"相应的各时段为,R M !SM #7M !0R M #SM *7M #0N 0R M O S M O Q !7M O 0N0R M P S M P Q !7M P "在每一时段都对已形成结构进行一次全面分析"求出该时段内产生的全部节点位移和节点力增量"上述增量与时段开始的位移0节点力相加即可得出本时段结束时$亦即下一时段开始+的节点位移和节点力状态-A B T 混凝土的收缩徐变大跨度预应力混凝土斜拉桥采用悬臂施工时"各节段混凝土的加载龄期差异较大"混凝土收缩0徐变对结构内力和变形变化的影响明显-本文采用按龄期调整的4斜拉桥施工过程仿真分析张春生"梁志广"李建中有效模量法!"#$法%结合有限元步进法分析混凝土收缩徐变的影响&依’()*+,-./.0+理论1234当混凝土上作用随时间变化的应力时4从开始加载!56%到任意时刻!5%4混凝土的应变为78!5%9:!56%;!56%1<=>!5456%3=:!5%?:!56%;!56%@1<=A !5456%>!5456%3!<%式中4;!56%为加载时的弹性模量4>!5456%为混凝土的徐变系数4A !5456%为老化系数或龄期系数4其计算式为A !5456%9;!56%;!56%?B !5456%?<>!5456%B !5456%为混凝土的松弛系数&求解方程!<%的关键是选取徐变系数>!5456%4本文采用了C .D E (在<F G H 年提出的徐变函数1I 34即7J !5645?564K %9L MN 9<O N !56%1<?P ?Q NR !K %!5?56%3!2%式中4O N !56%为考虑加载龄期的系数4Q N 为徐变增长速度系数4R !K %为温度转换函数4K 为温度&采用以上徐变函数的优点是考虑了影响徐变的I 个主要因素!加载龄期S 荷载作用的持续时间以及温度%的影响&公式!2%中的参数可以由试验确定4也可以由"T U <F G V S T #-,W U X <F G V 和-X,2等徐变模式来确定&如将所考虑的整个时域!5<Y 5Z =<%划分为Z 个时段4由初始时刻595<起4以后各计算时刻依次为52S 5I S [S 5\S [S 5Z S 5Z =<4相应时段为7]5<952?5<S ]5295I ?52S[S ]5\95\=<?5\S [S ]5Z 95Z =<?5Z 4则在第\时段末混凝土的应变可以由式!<%和叠加原理得出4即78!\=<%9L \?<N 9<]:!5N %J !5N 45\=<?5N 4K N%=]:!5\%;!5\%@1<=A !5\=<45\%J !5\45\=<?5\4K \%3=8^!\=<%!I %式中48^!\=<%为在5\=<时刻混凝土收缩产生的应变&而在第\时段初混凝土的应变为78!\%9L \?<N 9<]:!5N %J !5N 45\?5N 4K N %=8^!\%!_%这样4在第\时段内混凝土的应变增量为7]8!\%98!\=<%?8!\%!‘%把式!I %S !_%代入式!‘%4经整理得出7]8!\%9]:!5\%;a !5\=<45\%=8a!H %式中4;a !5\=<45\%9;!5\%<=A !5\=<45\%J !5\45\=<?5\4K \%为随时间调整的有效模量48a 9L M N 9<b N \?<Pcd 1?Q \R !K \?<%e ]5\?<3f <?P c d 1?Q \R !K \%]5\3g =]8^!\%为初应变4其中4b N \?<9b N \?2P c d 1?Q N R !K \?2%]5\?23=]:!5\?<%O N !5\?<%hb N <9]:!5<%O N !5<i j k%!G %]8^!\%为混凝土在第\时段产生的收缩应变增量&利用公式!H %进行有限元分析时4只需做有初应变的弹性分析4应力历史只需储存在数组b N \中4利用公式!G %累计得到&这样可以最大限度节省储存单元和计算时间4使得大型混凝土结构的时效分析在实际工程中的应用成为现实&l 汕头石大桥仿真分析l m n 工程简介石大桥位于汕头市南部4跨海连接达濠与市区4是交通的主要干道&该桥主桥为双塔双索面混合结构斜拉桥!见图<%4总长F 6H o 4其跨径布置为!_G =_G =<66=‘<V =<66=_G =_G %o 4其中_G o 跨径的梁体为预应力混凝土结构4其余为钢箱梁结构&桥面设H 个机动车道4全宽I 6m G ‘o 4通航净空为I Vo&塔柱为钻石形钢筋混凝土结构4柱体为箱形截面&全桥共有钢箱梁H I 个节段4梁高I o4其中‘_个标准节段长均为<2o 4每个节段重<__m I Y <‘H m V +&就每座塔看426对斜拉索呈扇形布置4为空间索4横桥向索距2‘m <‘o4钢梁部分标准索距为<2o 4X T 梁部分索距为G o 4塔上索距分别为2m ‘oS I oS _o 4水平夹角2I p YH V p&图n石大桥主桥结构示意单位7o图q石大桥计算结构简图l m q 计算数据及结果计算中采用半结构进行分析4见图24自索塔至岸跨方向缆索编号依次为T <r S T 2r S [S T 26r 4钢箱梁编号依次为s <S s 2S [S s G t 自索塔至河跨方向缆索编号依次为T <S T 2S [S T 264钢箱梁编号依次为$<S $2S [S $26&在不影响说明问题的前提下4文中作了以下简化和假设7!<%对索力和主梁标高不作任何调整!即施工中不V桥梁建设2666年第2期调整索力!主梁不设预拱度"#$%"略去施工荷载$如架桥机&施工设备及人员"# $’"主梁自重采用(%)*+,-./#$0"施工进程安排见表(1表2施工阶段划分表施工阶段内容施工周期.3(托架上架设4(5!44!4(6梁段)%架设7(梁段!张拉8(9索%’改塔梁刚性联结为铰结%0架设7%梁段!张拉8%9索%+架设:(梁段!张拉8(索%;架设:%梁段!张拉8%索%)架设7’&:’梁段!张拉8’9索%<张拉8’索%=架设70&:0梁段!张拉809索%(4张拉80索% ((架设7+&:+梁段!张拉8+9索%(%张拉8+索%(’架设7;&:;梁段!张拉8;9索%(0张拉8;索%(+架设7)&:)梁段!边跨合龙!张拉8)索%(;张拉8)9索%()架设:<梁段!张拉8<索%(<张拉8<9索%(=架设:=梁段!张拉8=9索%%4张拉8=索%%(架设:(4梁段!张拉8(49索%%%张拉8(4索%%’架设:((梁段!张拉8((9索%%0张拉8((索%%+架设:(%梁段!张拉8(%9索%%;张拉8(%索%%)架设:(’梁段!张拉8(’9索%%<张拉8(’索%%=张拉8(09索%’4架设:(0梁段!张拉8(0索%’(架设:(+梁段!张拉8(+9索%’%张拉8(+索%’’架设:(;梁段!张拉8(;9索%’0张拉8(;索%’+架设:()梁段!张拉8()9索%’;张拉8()索%’)架设:(<梁段!张拉8(<9索%’<张拉8(<索%’=架设:(=梁段!张拉8(=9索%04张拉8(=索%0(架设:%4梁段!张拉8%49索%0%张拉8%4索%0’中跨合龙%表%给出施工初始索力值和中跨合龙后的索力计算值#图’给出8(索与主梁相交点挠度随施工过程的变化情况#图0给出8(索索力随施工过程的变化情况1表>????施工初始索力及合龙后索力计算值索号施工初始值,-合龙后索力值,-索号施工初始值,-合龙后索力值??,-8(9+444+()’8(??’4)4%00%8%90+440++<8%??%’=%%(’08’90+4400);8’??%%;4%4+48090<440;=%80??%0+)%’%)8+90+440%)48+??%+=4%0=08;90<%=0+%;8;??%;0)%0+;8)90’<)004;8)??%<04%+’=8<90);)0%;<8<??’40’%;%08=90;);04408=??’(;0%0<4 8(490+0%’)(+8(4??’040%++<8((90’<4’%=08((??’;<;%)’08(%90’04%=)08(%??’<;<%)’(8(’90%<)%<’48(’??04’+%<’;8(09’%+0(+)48(0??0();%=’<8(+9%)04((’=8(+??0%=(%=+’8(;9%;4((’%;8(;??0+’=’’+<8()9%’)4(%0<8()??0;<0’);4 8(<9(<==(((<8(<??0)4(’=;<8(=9%04<%0(08(=??0=+(0);= 8%49’%44(’;+8%4+%%)+)=%@A2索与主梁相交点挠度随施工过程的变化图B A2索索力随施工过程的变化情况=斜拉桥施工过程仿真分析张春生!梁志广!李建中!结语本文介绍的大跨度预应力混凝土斜拉桥的仿真分析方法"考虑施工过程中影响斜拉桥结构内力和变形的各种因素"如架设梁段#混凝土的收缩徐变#斜索和预应力筋的张拉#结构体系转换#几何非线性#预应力损失#温度变化#施工荷载等"可以分析预应力混凝土斜拉桥从施工到成桥这一全过程及成桥后的若干年内任一时刻的内力和变形$参考文献%&’(梁志广"李建中"石现峰)杆系结构几何非线性分析方法的讨论&*()石家庄铁道学院学报"’++,"-./%00123)&4(567898:;)6<=>?@;?A :A B @A :@<=;=@<==C=B B =@;D E D ?:F8F =8>E D ;=>=B B =@;?G =H A >E I E DH =;J A >&*()K L M *A E <:8I "’+,4"2+-N /"4’414’,)&.(567898:;"O68:E I 8)L <==C8:>P J <?:Q 8F =L <8@;=<?98;?A :B A <K :8I R 9?:F6<=D ;<=D D =>L A :@<=;=P ;<E @;E <8I &*()6L M*A E <:8I"’+S 3"-0"2/%+41’33)T UV W X Y Z [\]\X W ^_Z _‘[ab [\_Y a V c Y Z [\d e f V e \c e _[‘b X g W e h _Y X ^e ij a Z i k el m n o pq r s t h u r v t w ’"x y n o pl r z h w s {t w 4"x y |z {t h }r ~t w4-’)!J =’+;J ":F ?:==<?:F7E <=8EA B ;J =#?:?D ;<R A B $8?I %8R D "O ?8A R 8:F ’’’333"L J ?:8&4)P J ?’?89J E 8:F $8?I %8RM :D ;?;E ;="P J ?’?89J E 8:F 3033N ."L J ?:8/]g _Y a X c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’++S 8:>?D J ?F J I R8C C <=@?8;=>)R=,C =<;D)-e ^.[a i _%@8)I =*D ;8R =>)<?>F ="C <=D ;<=D D =>@A :@<=;=)<?>F ="D J <?:Q 8F =8:>@<==C "B ?:?;==I =H =:;H =;J A 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5000米级琼州海峡大桥设计方案(徐文平,戴航)
改良粗集料石子界面的SMA改性沥青混凝土桥面铺装
（裹浆长毛改良粗集料改良石子）
改良酸性花岗岩石子成为碱性界面 粗集料石子与沥青玛蹄脂的粘附性大幅度提高。 新型SMA沥青混凝土钢桥面铺装层使用寿命可达到30年。
5000米级马鞍抛物面空间索网悬索桥
钢丝平行缆索：
承担竖向荷载
碳纤维马鞍空间索网： 提高抗扭刚度，提高抗风稳定性
（两组缆索：协同工作，优势互补）
5000米级特大跨径空间索网的琼州海峡悬索桥 （近景轴测图）
5000米级特大跨径空间索网的琼州海峡悬索桥 （近景鸟瞰）
5000米级特大跨径空间索网的琼州海峡悬索桥 （施工方案）
5000米级琼州海峡大桥设计方案
（马鞍抛物面空间缆索体系悬索桥） （国家发明专利：ZL201710425578.5）
东南大学 徐文平 戴 航
建造琼州海峡大桥的重要意义
符合中国南海战略决策 促进海南省经济繁荣 建桥完善粤海铁路
设计要求
（5000米级超大跨径悬索桥）
两艘80万吨货轮通航
海沟4公里宽，100米 深
第三档次：波形钢板的格栅管式双钢板剪力墙核心筒（1000米） 巨型框架--格栅管式双钢板剪力墙核心筒
第四档次：1852米蜂窝状索塔大楼（抗风抗震设计）
1852米级蜂窝状集束筒群索塔大楼
借鉴富贵竹塔盆景造型，蜂窝状集束布置多个六边形巨型筒中筒结构单 元，形成圆柱状集束筒群节段，随着建筑高度的增加，逐渐减少六边形巨型 筒中筒结构单元的数量，构成山峰状新型超高层塔楼结构体系。利用单叶双 曲面的直纹性，在宝塔状变截面超高层塔楼节段的转换层厚板之间布置单叶 双曲面拉索体系，进一步提高超高层塔楼结构的抗风和抗震能力。采用六边 形双重钢管混凝土巨柱和格栅管式双钢板混凝土剪力墙核心筒群，建造蜂窝 状集束筒群塔楼结构，具有结构刚度大、抗风稳定性好和抗震能力强等优点。
斜拉桥抗震结构性能分析与仿真
定要 严格 按 照施 工要 求 进行 。
以在桥梁建设施工 的过程 中 ，确保混凝
结 语
（二 ）模板安装的技术要点
土浇筑技术 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ科学合理是必不可少 的。
综 上所述 ，在桥梁建设的过程 中，
在 空心 薄 壁高 墩 技术 施 工 的过 程 在混凝 土浇筑 的过程 中 ，首先要确保混 空心 薄壁 高墩 技术 能 够确 保桥梁 的质
对斜 拉桥进行减小 ，或者是进行隔震 设 压力起到 了至关重要 的作用 ，这就需要
为 了确保 斜 拉桥 的质 量 ，我 们需
计 ，另一种方式就是提高建筑物的延 展 我们在满足抗震等级 的情况下尽量使得 要对斜 拉桥进行仿真模拟 ，这样就可以
避免孔隙、松动等现象的出现 ，进而影 进行桥梁建设施工 的过程 中一定要重视 制和管理。为此 ，在施工 的过程中 ，施
关键 词 ：斜 拉桥 ；抗震 结 构 ；性 能 分析 ；仿 真
中 图分 类号 ：Ｕ４４８
文 献标 识 码 ：Ａ
１．抗震 概 念 设计 及 斜拉 桥 概念 设 性 。然 而针 对 本 文 研 究 的工 程 ， 以上 两
计 思 想
种方式均不适用 ，我们采取 的方式是 限
我 国 四川 发生 地 震 的频 率 高 ，所 以一般建筑都需要设置抗震等级 ，使其
工 程 技 术
＆ 口 ■■■盛■—翟 ■●■圈—■—圃■■●＿ — — — —２０１—６ —ＮＯ．０—８（１－）
ＮｅＷ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮｅＷ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
斜拉桥 抗震 结构性 能分析 与仿真
潘从 贵 （武汉南四环线 高速公路建设 管理有 限公 司，湖北 武汉 ４３００００）
基于神经网络的大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析
0引言随着桥梁结构向着大跨、轻型、柔性化方向的发展，以及车辆荷载的形式、轮重和行车速度不断提高，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。
与静力荷载不同，车辆荷载作为动力荷载，不仅会产生比静力荷载更大的响应值，而且动力时程与车、桥本身的动力特性、行车速度、路面粗糙度等众多因素有关。
车辆造成的桥梁振动不仅影响到桥梁结构的安全，引发疲劳问题，还直接决定了行车舒适性。
因此精确地分析车桥耦合作用，有针对性地采取工程措施保证桥梁结构的安全和行车舒适性，是必须解决的重要问题。
已在工程领域得到快速发展的神经网络技术可以较好地适用于解决当前尚未解决的大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析难以显式表达动力学响应的缺陷。
车桥耦合神经网络分析方法是一种用于分析车辆动力系统中车桥耦合关系的方法。
该方法基于神经网络模型，通过训练和优化网络参数，可以准确地预测车辆在不同工况下的车桥耦合行为。
总之，车桥耦合神经网络分析方法是一种有效的分析车辆动力系统的方法，可以帮助优化车辆性能和提高驾驶体验。
然而，该方法仍然需要进一步的研究和改进，以提高网络的预测精度和泛化能力。
因此，准确地分析和预测车桥耦合行为对于优化车辆性能和提高驾驶体验具有重要意义。
1车桥耦合振动理论车桥耦合是指车辆动力系统中发动机输出的动力通过传动系统传递到车轮上的过程。
在实际驾驶中，车桥耦合的性能对车辆的加速、行驶稳定性和燃油经济性等方面都有重要影响。
就桥梁结构而言，其最终的动力学平衡方程始终具有如下形式：（1）2神经网络BP 神经网络的基本运算功能体为BP 神经元，其一般模型如图1、图2所示。
———————————————————————作者简介:丘奕奇（1990-），男，广东梅州人，硕士，主要从事桥梁结构设计与分析。
基于神经网络的大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析Analysis of Vehicle-bridge Coupling Vibration of Long-span Cable-stayed Bridge Based on Neural Network丘奕奇QIU Yi-qi（保利长大工程有限公司，广州510620）（Poly Changda Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou 510620，China ）摘要:本文将神经网络技术引入大跨度斜拉桥车桥耦合振动分析，首先利用BP 神经网络对斜拉桥在车桥耦合作用下的振动响应进行逼近拟合，从而将复杂的有限元分析结果显式化为数学解析表达式，然后利用动力学显式分析方法求解斜拉桥在车辆作用下的动力学响应。
考虑海水-海床-斜拉桥相互作用下纵桥向设置BRB的减震作用与优化设计
考虑海水-海床-斜拉桥相互作用下纵桥向设置BRB的减震作用与优化设计陈宝魁;何世杰;杜玉杰;陈少林;高金贺【期刊名称】《振动工程学报》【年(卷),期】2024(37)5【摘要】由于海洋场地存在深厚的海水层,其对海底地震动特性以及海洋结构物的地震反应存在较大影响,在跨海桥梁等海洋结构物抗震分析时不容忽视。
因此,研究基于地震波动理论建立海水-海床-斜拉桥耦合的地震波动分析模型,确定海水层对结构地震反应的影响。
考虑海洋环境可能对减震构件的耐久性造成威胁,提出一种应用耐久性能优良的防屈曲支撑(Bulking Restrained Brace,BRB)作为纵桥向减震构件的斜拉桥减震体系,并且以青州航道桥为工程背景,通过其与漂浮体系斜拉桥模型的地震反应对比,验证了考虑海洋环境影响下该减震体系的可行性。
研究对BRB 的布设位置与设备参数等进行优化分析,进一步确定BRB作为斜拉桥纵桥向减震构件的设计方法。
研究发现地震作用下海水产生的动水效应会放大斜拉桥上部结构的地震反应。
通过对比不同工况下结构的地震反应,发现在桥墩与桥塔位置同时设置BRB时,桥梁整体减震效果最佳。
另外,BRB的屈服承载力等参数对斜拉桥的抗震性能亦产生较大影响。
【总页数】13页(P789-801)【作者】陈宝魁;何世杰;杜玉杰;陈少林;高金贺【作者单位】南昌大学工程建设学院;南京航空航天大学民航学院土木与机场工程系;东华理工大学土木与建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】U441.3【相关文献】1.考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构的简化设计方法2.考虑桩-土-结构相互作用下斜拉桥桥塔地震反应模拟3.平面波输入下海水−海床−结构动力相互作用分析4.塔梁间设置BRB跨海斜拉桥减震约束体系及其地震反应5.近断层脉冲型地震动作用下BRB框剪结构减震性能设计研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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ｓ ｆ ｔ ａ ｅ ｇ ａ ａ ｔ ｅ ａ ｅｙ ｃ ｎ ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｄ，ａ ｄ ｉｓｃ ｍｆ ｒ ｎ ｅ ｓｇ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｄ ｘ ｉ ｏ ｄ，ｔ ｅ ｂ ｉ ｇ ａ ｕ ｃｅ ｔｒｇｄ ｔ ｎ ｔ ｉ ｒ ｔｏ ｔ ｔ ｓ ｇ ｏ ． ｔ ｈ ｒｄ ｅ ｈ ｓｓ ｆ ｉ ｎ ｉｉ ｉｙ ａ ｄ ｉｓ ｖｂ ａｉｎ ｓａ ｅ ｉ ｏ ｄ ｉ
为 ２ ５ｍ。 ．
图 １ 斜拉桥方案跨径 布置图（ 单位 ： ｍ）
Ｆｉ １ ｐａ ｒａ ｇ ｍ ｅ ｆ ｇ． Ｓ ｎ ａ ｒ ｎ ｅ ｎｔｏ
ｃｂ ｄｓ ｙｄｂｉｇ ｃ ｅ ｅ（ ｎｔ ａｌ — ａｅ ｒ ｅｓｈ ｍ ｕ ｉ ｅ ｔ ｄ ：ｍ）
第 ｌ 阶频率ｆ Ｏ ７ 主梁纵飘 ＝．５ ０
（ｃ ｏｌ ｆ ｉｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｓｕｈ ｅｔ ｉ ｔｎ ｎｖｒ ｔ， ｈｎ ｄ １０ １ Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ Ｃｖ ｇ ｅｉ ， ｏ ｔ ｓＪ ｏ ｇＵ ｉ ｓｙ Ｃ ｅｇｕ６ ０３ ， ｈｎ ） ｉＥ ｎ ｎ ｗ ａ ｏ ｅｉ
Ａ ｓ ａｔ Ｂ ｓｄ ｏ ｕ ｅ— ｎ ｒｓ ｎ —ｈ ｎ ｅ ｃｂｅｓ ｙｄｂｉｇ ｃｅ ｅ ｏｅ Ｑ ｏ ｇｈ ｕｓ ａｔ ｕ ｅｉ ｌ ｂ ｔ ｃ： ａｅ ｎ ｓｐ ｒ ｏｇｃｏｓ ｇｃａ ｎ ｌ ａｌ— ａｅ ｒ ｅｓｈ ｍ ｖｒ ｉ ｚｏ ｔ ｉ ｒ ｌ ｉ ｔ ｄ ｎ ｒ ，ａ ｎ ｍ ｒ ａ ｃ
第２ 阶频率＿ Ｏ ９ 主粱对称横弯 ， ．２ ０ ＝
第 ３阶频率／＝ ． ６ ０２ 主粱对称竖弯 ０
图 ２ 斜拉桥方案 主粱断面图（ 位 ： 单 ｍ）
Ｆｇ ２ Ｂ ｄ ｅｄ ｃ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ． ｒ ｇ ｅ ｋ ｓ ｃｉ ｆ ｉ ｏ
ｃ ｂｅ — ａ ｅ ｒ ｇ ｃ ｅ ｅ（ ｎｔ ａ ｌ ｓ ｙｄ ｂｉ ｅｓｈ ｍ ｕ ｉ ｄ ｔ ｄ ：ｍ） 第７ 阶频率ｆ ０ ０ 主粱反对称竖弯 ＝． ８ ３
振 第 ３ 第 ５期 ０卷
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＶＩ ＢＲＡＴ ０Ｎ ＡＮＤ Ｓ １ Ｈ０ＣＫ
琼 洲海 峡 跨海 斜拉 桥 方 案车桥 系统耦 合 振 动仿 真 分析
崔圣爱 ，祝 兵 ，白峰涛 ，李 超
（ 西南交通大学 土木工程 学院 ， 成都
６０ ３ ） １０ １
桥跨 布置 为 ２ ８ｍ ＋ ０ ＋２ ８ ｍ＋１１０ ｍ ＋２ ８ ｉ ０ ２ ８ｍ ８ ２ ８ ｎ
＋ ０ ＋ ０ ｉ 如 图 １ ， 接广 东 雷 州 半 岛 和 海 南 ２８ｍ ２８１（ ＂ ｌ ）连
岛， 主梁断 面 如图 ２所示 。上 层公 路桥 面宽 ４ 下 层 ２ｍ，
一
立 桥 梁 的动 力 分 析 模 型 ， 了更 准 确 的模 拟 列 车 单 线 为
行 车 和双 向对 开 时 桥 梁 空 间变 形 的 特 点 ， 路 钢 桥 桥 铁 面板采 用空 间板 壳 单 元 离 散 ； 后 采 用 基 于 多 体 系 统 然
种 主跨 １１０ ２ ｍ的钢 桁 梁斜 拉 桥 方案 ， 大桥 将 分上 下
关键词 ：琼洲海峡跨海斜拉桥 ； 耦合振动 ； 联合仿真 ； 多体系统动力学 ； 限元法 有
中图分类号 ：Ｕ ４ ．７ ４ ８ ２ 文献标识码 ：Ａ
Ｃｏ ｐ ｅ ｉ ｒ ｔｏ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｃ ｅ ｂｒｄ ｅ ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ ｃ ｏ ｓｎｇ・ｈａ ｅ ｕ ｌ ｄ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｎａ ｙ ｉ ｆｖ ｈｉｌ － ｉ ｇ ｙ ｔ ｍ ｏ ｒ ｓ ｉ — ｃ ｎｎ ｌ
ｃ ｂｌ ｄ ｓａ ｅ ｉ ｅ ｓ ｈ ｍ ｅ ｏ ｅ ｏ ｚ ｏ ｔ ａ ｔ ａ ｅ — ｔ ｙ ｄ ｂｒｄｇ ｃ ｅ ｖ ｒ ｑｉ ｎｇ ｈ ｕ ｓｒ ｉ
ＣＵ／Ｓ ｅ ｇ ａ ， ＺＨＵ ｎ ｈｎ —ｉ Ｂｉ ｇ，ＢＡＩ Ｆ ｎ —ａ ｅ ｇ ｔ ｏ，Ｌ ａ Ｉ Ｃｈ ｏ
阶次 计算频率／ ｚ Ｈ
振 型特 点
铁路 桥面宽 １ｍ， 梁 高 １ ６ 桁 ８ｍ。索塔 为钻 石 型 ， 总高 度 为 ３０ｍ， ４ 斜拉 索 为 ４ ７平行 钢丝 体 系 ， 桥共 ３ ８＝ 全 ３×
２ ４根 斜拉 索 ， 拉索 在 梁上 索距 为 １ ｌ在塔 上 索距 ６ 斜 ６ Ｉ， ｌ
Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｒ ｖｄｅ ｅｅ ｅ ｃ ｒｄ ｓｇ ｅ ｒ ｓ ｌｓｐ ｏ ｉ ｄ ａ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ｅ ｉ ｎ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｓ—ｈ ｎ ｅ ｃｂｅｓ ｙ ｄｂｉｇ ｖｒＱｏ ｇｈ ｕｓ ａ ； ｏ ｐｅ ｉｒｔ ｎ Ｃ — ｍ ｌ ｉ ； ｕｔ ｂｄ ｙｗｏｄ ：ｃｏｓ ａ ｎｌ ａｌ— ａｅ ｒ ｅｏｅ ｉｎｚｏ ｔ ｉ ｃｕ ｌ ｖｂａ ｏ ； Ｏｓ ｕａ ｏ ｍ ｌ—ｏｙ ｃ ｔ ｄ ｒｔ ｄ ｉ ｉ ｔｎ ｉ
车辆 的动力 学指 标 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基金项 目：中央高校基本科研业务费专项 资金资助 （ ＷＪ Ｕ ９ Ｒ ０ ） Ｓ Ｔ ０ Ｂ ０ ９ 收稿 日期 ：２ ０ ０ ９—１ ０ 修改稿收到 日期 ：０ ０— ３一ｌ ２— ４ ２１ ０ 】 第一作者 崔圣爱 女 ， 博士 ， 讲师 ，９ １年生 １８
ｓ ｓｅ ｄ ｎ ｍｉｓ ｉｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ｙ ｔ ｍ ｙ ａ ｃ ；ｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ｔ ｏ
杭 州湾 大桥 、 岛大 桥 、 海 大桥 等 跨海 大 桥 的建 青 东
成通 车 ， 明 中 国跨 海 长 桥建 设 正 处 于蓬 勃 发 展 的 阶 表
车辆运 行 的安全 性 及 舒适 性 评 定 ¨ 。鉴 于 目前 车 桥 ｊ 耦 合振 动对 车 辆 模 型 进 一 步 细 化 的 要 求 ， 其 是 悬 挂 尤
采 用有 限元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ建 立 斜 拉 桥 方 案 的 动 力 ＮＹ
图 ３ 斜 拉桥方案部分空间振型图
Ｆｉ ３ Ｐａ ｔｓ ａ ｅ ｍ ｏ ｓｏ ａ ｅ ｓａ ｅ ｃ ｍｅ ｇ． ｒ ｐ ｃ ｄｅ ｆｃ ｂｌ— ｔｙ ｄ ｓ ｈｅ
ｓｍｕ ａｉｎ ｍ ｏ ｅ ｏ ｈ ｃ ｕ ｌｄ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｎ ｌ ｓｓ ｔ ｅ ｙ ｔｍ ｆ ｗｈ ｌ ｅ ｉ ｌ ｎ ｏ ｅ ｂ ｉ ｇ ｗａ ｓ ｔ ｐ． Ｔｈ ｉ ｌｔｏ ｄ ｌｆｒ ｔ ｅ ｏ ｐ ｅ ｖｂ ａ ｉ ｆ ａ ａｙ ｉ ｈ ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｅ ｖ ｈ ｃ ｅ ａ ｄ ｗｈ ｌ ｒｄ ｅ ｏ ｓ ｅ ｕ ｅ
ｄ ｎ ｍｉ ｎａｙ ｉ ｄ ｌｏ ｈｅ ｂ ｉ ｇ ｓ ｅ ｔ ｂ ｉｈｅ ｙ ｕ ｅ ｏ ｐａ ｉｌｂａ —ｈｅｌｈ ｂ ｉ ｎｔ ｌｍｅ ｔ ｍｅｈ ｄ，ａ ｔ ｙ ａ ｃ ａ ｌｓｓｍｏ ｅ ｆ ｔ ｒｄ ｅ ｗａ ｓａ ｌ ｓ ｄ ｂ ｓ ｆ ｓ ｃａ ｒ ｓ ｌ ｙ ｒｄ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｔ ｏ ｉ ｅ ｎｄ ｉｓ ｎａｕ ａ ｉｒ ｔｏ ｒ ｐｅｔｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｒ ｌｖｂ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｒｉ ｓｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｎ ｄ ｔ ｒ ｅ ｄｍｅ ｉ ｎ ｌｓ ａ ｅ ｖ ｈ ｃ ｅ ｍｏ ｅ ｓｓ ｔｕ ｔ ｌｉｂｏ ｙ ｅ ｒ ｆ ｅ ｈ ｅ － ｉ ｎｓｏ ａ ｐ ｃ ｅ ｉ ｌ ｄ ｌｗａ ｅ ｐ ｗｉ ｍｕ ｔ— ｄ ｉ ｈ ｓ ｓｅ ｄ ｎａ ｃ ｏｔ ｒ Ｉ ＡＣＫ ｏ ｉｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｓ ｖ ｒ ｌｎ ｎ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ．Ｔｈｅ ｃ ｕ ｌｄ ｖｂ ａｉｎ ｒ ｓ ｏ ｅ ｙ ｔ ｍ ｙ ｍｉ ｓｓ ｆｗａ ｅ Ｓ ＭＰ ｃ ｎｓｄ ｒｎ ｈ ｆｅ ｔ ｏ ｅ ｅ ａ ｏ ｌ ｎｅ ｒｆ ｃｏ ｓ ｏ ｐ ｅ ｉ ｒ ｔｏ ｅ ｐ ｎｓ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｔ Ｏ・ｉ ｌｔｏ ｓ ｄ ｏ ｌｉｂｏ ｙ ｓ ｓｅ ｄ ｎ ｍｉｓ ａ ｄ ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ｗｈ ｎ ｏ ｌ ｒ ｉ ｒ ｒ ａｃ ｌｔ ｄ ｗｉ Ｃ ・ ｍｕ ａｉ ｎ ｂａ ｅ ｎ ｍｕ ｔ・ ｄ ｙ ｔ ｍ ｙ ａ ｃ ｎ ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｎ ｙ ａ ｔａ ｎ ｏ ｈ ｓ － ｔ ｒ ｉ ｓ ｉ ｏ ｐｏ ｉ ｄ ｒ ｃｉｎｓ ａ ｆｅ ｅ ｔ ｓ ｅ ｄｓ ｐａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｏ ｇ ｐａ ａ ｌ －ｔ ｙ ｄ ｂ ｉ ｅ ｔ ｔｓ ｆｔ ｅ ｒｄ ｅ ｈ ｄ ｗｏ ｔａｎ ｎ ｐ ｓｔ ｉｅ ｔｏ ｔｄｉ ｒ ｎ ｐ ｅ ｓ ｅ ｈ ｌｎ ｓ ｎ ｃ ｂ ｅ ｓａ ｅ ｒｄｇ ｏ ｅ ｔ ｉ ｈ ｂ ｉ ｇ ａ ｅ ｆ
段， 而大 量 的海湾 、 江河 人海 口 、 岛屿 、 峡等 都 将需 要 海
非 线性 特性 问题 ， 文 将 采 用 多 体 系 统 动 力 学 方 法 建 本
立完整 的车 辆 动 力 学 精 细 化 模 型 ； 用 有 限元 方 法 建 采
架设跨海大桥。琼洲海峡是 中国的三大海峡之一 ， 连 接广东 雷州 半 岛 和海 南 岛 ， 洲 海 峡 跨 海 大 桥 拟 采 用 琼
摘 要 ：针对琼洲海峡跨海超大跨度斜拉桥方案 ， 建立整 车 一 整桥 系统耦合振动分析 的数值仿 真模 型。采用 空间
杆 系和板壳混合单元有 限元方 法 ， 立斜 拉桥 的动 力分 析模 型 ， 计算 其 空 间 自振 特性 。利用 多体 系统 动 力学 软 件 建 并 ＳＭ Ａ Ｋ建立三维空 间车辆精细化模型 ， ＩＰ Ｃ 充分考虑 了各种非线性 因素 的影响 。最后 ， 采用 基于多体 系统动力学 与有限元 结合 的联合仿真技术 ， 计算列车 以不 同车速单线行车和双 向对开通过 该大跨度斜 拉桥 的空 问耦 合振动 响应 ， 检算该 桥是 否具有足够的横 向、 向刚度及 良好 的运营 平稳性 。计 算结 果表 明 ： 竖 车辆运行 安全 性可 以得 到保 障， 舒适 性指标 为 “ 优 良” 桥梁的具有足够的刚度 ， ； 振动状态 良好 。所得结果可供设计 参考。