桥梁结构的风—车—桥耦合振动分析的研究概况
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。
公路桥梁与车辆耦合振动研究趋势探析
公路桥梁与车辆耦合振动研究趋势探析摘要:本文首先对公路桥梁与车辆耦合振动研究现状进行了系统归纳和总结,然后对公路车桥耦合振动研究以后的研究趋势进行了探析,供有关研究者和同行参考。
关键词:公路桥梁车桥耦合振动现状趋势汽车以一定的速度过桥时,由于车辆轴重及速度效应,会引起桥梁结构振动,而桥梁的振动又反过来影响车辆的运行。
桥面不平整、桥头引道等因素的存在以及车辆各旋转部分的作用,更加剧了桥梁和车辆之间振动的相互影响。
这种相互作用、相互影响的问题就是公路车辆与桥梁之间振动耦合的问题。
当公路车辆的振动频率与桥跨的振动频率一致时,即形成共振。
车辆和桥梁间的相互作用受到诸多因素影响:1)桥梁结构的动力特性(桥跨结构形式、质量与刚度分布、材料阻尼等);2)车辆的动力特性(车型、自振频率、阻尼等);3)桥头引道和桥面的平整状态、桥头沉陷及伸缩缝装置的状况。
由于这些因素的影响和综合作用,使得对车桥耦合振动的研究十分困难。
一、公路桥梁与车辆耦合振动研究现状由于实际中车桥耦合振动系统本身的复杂性,并且车型和桥型又种类繁多,以及引起振动的各种激振源的随机性,古典理论显然不能全面合理的模拟车桥耦合振动问题。
直到20世纪60年代--70年代以后,电子计算机和有限元方法的问世和发展,使得车桥耦合振动的研究有了飞速的进步。
人们可以建立比较真实的车辆和桥梁的空间计算模型,然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动效应。
现代车桥振动理论以考虑更接近真实的车辆分析模型和将桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型为主要特点,同时,着重研究道路路面的不平整对荷载效应的影响,对于车辆加速、制动减速效应等复杂的随机因素也进行了一些研究。
除简支梁桥之外,连续梁桥、悬索桥、斜拉桥等也逐步涉及。
到目前为止,人们对简支梁桥的车桥共振问题的理论和实验研究己经比较系统化,对其它某些桥型,像连续梁桥、索承桥、污工拱桥,也有一定程度的研究成果。
1970年,Veletsos和Huang 等早期研究者将桥梁理想化为具有集中质量和粘性阻尼的有限自由度梁,考虑了二维平面多轴拖车荷载作用。
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。
车桥耦合振动的研究
同时 ， 采取“ 修干线 按 照新 标准 建造 ， 新 对既 有线 路进 行加 固改
然而 ， 当面对一 个工程 结构 ， 同时采用上 述两种 方法进 行 动
会 造” 的思路 ， 对现有线路进行 了几次大规 模的 提速。从 １９ ９ ５年至 力分析后 ， 发现它们分 析的结 果往 往不相符合 。这 主要是 由于 有限元分析的物理模型与实际结构之 间有 差别 ， 限元建模过程 有 今， 我国铁路实施 了 ５次大提速 ， 目前提速总里程 已达 １ ０ ｒ， ３０ ０ｋｎ 提速 网络覆盖了全 国主要地 区 ， 特快 列车 从 １０ｋ ｈ提高到 了 中引进 了种种人为 的假设是 造成 这种差 别的 主要原 因。随着试 ２ ｍ／
中 图 分类 号 ： ４ １２ Ｕ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
１ 研 究背景
原型实验是采用测 量仪器 对于实 车或实 验车通 过桥 梁时的
并 基 国民经济 的发展 带来了交通运输事业 的激烈竞争 ， 航空运输 动力反应 进行记 录 ， 对实 测资料进 行分 析研 究 ， 于实 测值找 试验测 试是研究的 和高速公路运输 向铁路提 出了强烈挑 战。面对这种局 面 ， 铁路运 出车桥耦合振动的规律性。有限元 出现之前 ， 通过对车辆及 桥梁状 态进行 大规模 原位 试验测 试 ， 总结 出 输 在发展其安 全、 量大 、 舒适 、 便等优势 的 同时 ， 方 对旅 客列 车力 主体 ， 经验公式或理论 ， 于指导桥梁设计 。 用 求提高速度 和舒适度 ， 缩短旅客在途 时间 ； 对货物列 车， 在要求提 高 速度 以加快货物周转的同时 ， 的还要 求通过大 幅度 地提高列 有
就只能 随着桥 梁结 构类 型 、 梁跨 度 、 桥 车辆 的变化不断进 行 度， 经过对 车辆 、 线路 、 桥梁等方面的改造 ， ８ 在 ０年代末达 到了时 试验 ， 以确定 合 理的设 计 参数 。这 种做 法 代价 昂贵 ， 展 缓慢 。 进 速 １０ｋ ｈ １０ｋ ｈ 近期 目标 是 １０ｋ ｈ 本世纪 内将达到 测试 ， ３ ｍ／ － ４ ｍ／ ， ６ ｍ／ ，
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。
公路桥梁与车辆耦合振动的研究
影 响效果 。
２ ＿ ２ 车辆 模 型分析
Ｙ ｉ 一 代表 第 ｉ 个 轮 组 在 车 辆运 动 中所 发 生 的 桥
梁 竖 向位移 ；
Ｒ ｉ 一代 表 第ｉ 个 轮组 在车 辆运 动 中 ， 与桥梁 发 生 作 用所 存在 的不 平顺值 。
半 车模 型或者 单轮 车辆 模型 。线性 弹簧 和阻尼 器用 于 悬 架 模拟 、 线 性 弹 簧用 于 轮 胎 模 拟 ， 所 有 的 质 量
都 在车 轴上 集 中。 随着计 算 机技 术 的发展 ， 目前 多 运 用计算 机分 析技 术设 计空 间整 车振 动模 型 。
面 受 力 都 是确 定 的 ， 那么 ， 桥 梁 在 车 辆 负 荷 作用 的 影 响下 也存在 着确 定性 。
是 不容 忽视 的 。实 际操 作 中 ， 车辆 在桥 面上 行驶 ， 车 轮对 于桥 面 的作 用 力可 以是任 意位 置 的 。 而 且 如果 发 生 横 向振 型和 扭 曲振 型 的 时候 ， 对 桥梁 动力 的影 响极 大 。因此 ， 杆 系有 限元法 研究 桥梁 模 型 ， 存在 着
凝 聚法 ” 对 自由度 进 行 有 效控 制 。 因此 而 形 成 一 定
的近 似性 。在 建立 杆 系模 型 的时 候 ， 会将 桥 梁 结构
进行缩减 ， 模 拟 为连 续 粱 或 者 简 支 梁 ， 忽 略 扭 转 振
型 以及 侧 向振 型 的 存 在 。在 不 考虑 单 个 梁 的情 况 下 ，仅 限于对 车辆 沿 中心 线行 驶 的工 况进 行 模 拟 ， 这 样 就可 以获得 精确 的结 果 。特 别是 对于跨 长 均匀
公路桥梁与车辆耦合振动控制研究现状综述
公路桥梁与车辆耦合振动控制研究现状综述作者：陈柯吴实渊王睿喆马鸿雨来源：《科技创新与应用》2013年第12期摘要：通过综述国内外公路桥梁与车辆耦合振动控制研究的现状、研究遇到的问题、主要的研究手段、分析研究可能出现的新的技术趋势、并结合国内外车桥耦合振动控制研究的成果。
关键词：公路桥梁；车辆耦合振动；控制1 引言结构疲劳是结构老化的主要原因之一。
因此，通过将降低应力峰值延长结构的使用寿命具有广泛前景的研究。
当由大量车辆荷载通过桥梁时，桥梁结构内的结构构件处于高应力水平。
这种应力引起结构的疲劳。
通过减小由车桥耦合振动引起的应力峰值来减少结构的疲劳破坏和延长结构的使用寿命，具有良好的研究前景。
现代结构控制技术分为隔振、消能减振和主动控制。
隔振和消能减振是无外加能源的控制，其控制作用是控制装置随结构一起振动而产生，属被动控制；主动控制是依靠外界能量提供控制作用来抑制结构反应。
2 车桥耦合振动TMD控制技术的研究现状及其分析况调谐质量阻尼器（TMD）控制是结构消能减振控制技术中的一种。
目前，它被认为是除基础隔振技术外另一个有广泛发展前景的结构控制方法，土木工程的各领域都对它进行了较多地研究。
TMD控制领域控制方面的综述文献较多，这里不再论述。
3 车桥耦合振动半主动控制技术的研究现状及其分析况半主动控制液压阻尼器以其结构原理简单，技术要求相对较低和维修方便，而得到较为广泛的应用。
1995年，S. J. Shelley[1]等人在一座跨度为250英尺的钢桁架公路桥上沿全长设置振动主动控制系统。
1999年，美国W. N. Patten等人建立了第一个应用于实际桥梁半主动控制系统ISB（Intelligent Stiffener for Bridges）。
M. Zribi和N. B. Almutairi等（2006年）[2]人研究了悬索桥由于桥面上以恒定速度移动的垂直负载的振动控制。
通过安装于缆线之间的桥面悬索安装液压驱动器能够产生半主动控制力。
公路桥梁的车桥耦合振动研究的开题报告
公路桥梁的车桥耦合振动研究的开题报告一、研究背景与意义公路桥梁是高速公路运输的重要设施，为了满足日益增长的车辆通行需求，设计者需要考虑桥梁结构在高频振动下的稳定性和牢固性。
在桥梁通行过程中，因车辆的运动产生的振动会反作用到桥梁上，导致桥梁产生弯曲和变形，从而影响安全和舒适性。
车桥是指车辆和桥梁之间的接口，车桥耦合振动是指车辆在桥梁上行驶时由于弹性变形产生的振动传递到桥梁上，同时桥梁对车辆产生的力也会产生振动。
这种耦合振动会显著影响桥梁的稳定性，也会影响车辆的操控能力和乘坐舒适性。
因此，在公路桥梁的设计和施工中，需要考虑车桥耦合振动的影响因素和控制方法，以提高桥梁和车辆的性能和安全性。
二、研究内容和方法本文将从公路桥梁和车辆两个角度入手，研究车桥耦合振动的影响因素和控制方法。
具体研究内容包括：1.公路桥梁的振动特性分析。
首先，对不同类型的桥梁进行振动测试和数值模拟，分析桥梁的自然频率、阻尼比和模态形态等参数，了解桥梁的振动特性。
2.车辆振动特性分析。
通过车辆加速度测试和数值模拟，分析车辆的自然频率、阻尼比和振型等参数，了解车辆振动特性。
3.车桥耦合振动模拟和试验。
通过建立车桥耦合振动模型，进行数值模拟和试验，分析车桥耦合振动的动态响应和传递规律，探究不同因素对车桥耦合振动的影响。
4.车桥耦合振动控制方法研究。
通过对车桥耦合振动的控制方法进行分析和对比，提出针对不同情况的控制策略和措施，以减轻车桥耦合振动对行车安全和乘坐舒适性的影响。
本文将采用有限元方法和试验相结合的方式，综合分析车桥耦合振动的影响因素和控制方法，为公路桥梁的设计和施工提供科学依据和技术支持。
三、预期成果本研究将深入探究公路桥梁和车辆之间的耦合振动机理，分析车桥耦合振动的影响因素和控制方法，提出可行的车桥耦合振动控制策略和措施，具有较高的实用价值和指导意义。
预期成果包括：1.公路桥梁的振动特性研究报告，包括桥梁自然频率、阻尼比和模态形态等参数的测试和分析结果。
车辆耦合振动
车辆耦合振动课程报告2016年3月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。
在此简要介绍国内和国外风 - 车 - 桥耦合振动发展的概况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。
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。
北方交通大学等研究了考虑车 - 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。
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]。
以轨道横向与竖向不平顺为激励源将整个车桥系统划分成车辆与桥梁两个子系统分别建立车辆与桥梁的运动方程以轮轨相互作用将这两个运动方程联系起来 K.H.Chu 等人所建立的多刚体多自由度车辆分析模型得到了后来各国研究人员的广泛采纳对现代车桥振动研究理论产生了深远影响。
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
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（ 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
公路桥梁与车辆耦合振动研究综述
公路桥梁与车辆耦合振动研究综述1 前言车辆以一定的速度通过桥梁，桥梁受到车辆荷载的激励会产生振动，反过来桥梁的振动对于车辆来说也是一种激励，因此车辆和桥梁的振动是一个相互影响，相互耦合的过程，我们称之为车桥耦合振动问题。
随着交通事业的迅猛发展，车载重量和运行速度不断提高，而桥梁结构则日趋轻型化，车辆和桥梁之间的动力问题日益引起人们的重视。
对于桥梁工作者而言，车桥耦合振动问题的对应点即为桥梁在移动车辆荷载作用下的强迫振动问题。
2主要研究成果自十九世纪末，各国学者就相继对车桥耦合振动进行了大量研究，称其研究为古典理论。
古典理论对车桥模型进行了大幅简化，桥梁模型均是连续的，主要是对车辆荷载的模拟有了一定的发展进步。
实际上，由于实际桥梁和车辆耦合振动系统本身的复杂性，并且车型和桥型种类繁多，以及引起振动的各种激振源的随机性，古典理论显然不能全面合理地模拟车桥耦合振动问题。
直到二十世纪六、七十年代，随着电子计算机的应用以及有限元技术的发展，使得车桥耦合振动的研究有了飞速的进步。
自70年代起的现代桥梁车辆振动分析理论，以考虑更接近真实的车辆模型和将桥梁理想化为多质量的有限元或有线条模型为主要特点，同时着重研究公路桥面平整度对荷载动力效应的影响。
主要的理论有：多轴车辆模型的作用、有限条法及模态分析法等。
谭国辉、巴梅特.GH、汤比勒.DP提出将二维的格栅桥梁与三维的汽车组合起来模拟二者之间的相互作用。
采用格栅比拟方法，将桥梁结构比拟成一个网格的集合，由纵向主梁和横向隔板组成。
从动力学分析的角度推导出三维汽车模型。
汽车的运动由只发生刚体运动的刚性底盘描述，汽车有各种非线性悬挂系统和弹性轮胎，每个轮轴都有垂直自由度。
该理论从空间结构着手分析了车桥系统的相互作用，能有效地反映系统相互作用的真实特性。
2000年，我国学者林梅、肖盛燮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。
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。
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。
三跨连续梁桥车–桥耦合振动分析
三跨连续梁桥车–桥耦合振动分析摘要：随着我国经济和交通运输事业的迅猛发展，桥梁结构逐渐趋向于轻型化、多功能化，对结构动力响应性能有了越来越高的要求。
因此，车辆荷载等动力荷载对桥梁结构的冲击效应，已成为桥梁科研、设计计算、施工、运营养护过程中的重要问题之一。
桥梁冲击系数是反映结构动力性能的关键性参数之一，本文在ANSYS中建立有限元模型，以112米的三跨连续梁桥为依托工程，应用已建立的模型，进行车桥共振响应分析，并在标准汽车荷载作用下车桥耦合作用与桥梁刚度、质量等参数对连续梁桥冲击系数的影响进行了详细研究。
关键词：桥梁冲击系数；连续梁桥；车桥耦合作用0引言由于车辆及车辆自身的振动状态，会引起并影响桥梁的振动状态，而桥梁的振动状态又逆向影响着车辆的振动状态。
这种车桥间的振动状态相互关联、相互影响的问题就是车辆与桥梁结构之间的车桥振动耦合的问题。
1车桥耦合动力分析模型建立本文采用36m+40m+36m三跨连续箱梁桥进行车桥耦合分析，箱梁尺寸如图1所示。
图1主要截面尺寸（单位：mm）桥梁模型的建立采用有限元软件ANSYS，材料的弹性模量为32.5GPa，密度为2549kg/m3，泊松比为0.2。
选用实体单元Solid6进行模拟，以获取较高的精度，建模过程使用APDL语言编写程序导出桥梁的频率向量和模态振型矩阵，用于后续的车桥耦合振动分析。
2桥梁技术参数对冲击系数的影响为了了解桥梁自身性质对桥梁桥梁冲击系数的具体影响，我们选取了不同车速（20km/h、40km/h、60km/h、80km/h）下，利用ANSYS标准汽车荷载车桥耦合作用模型，分别对桥梁刚度、质量进行影响分析。
2.1弹性模量的影响车辆以相同速度通过刚度不同的桥梁时冲击系数的数据，为了进行直观的比较分析，将不同速度下弹性模量的变化对冲击系数的影响图绘制如图8所示。
图2不同速度下弹性模量的变化对冲击系数的影响从图2得到以下结论：1)车的运行速度越小，桥梁刚度对桥梁冲击系数的影响越小；2)不同的速度下，桥梁刚度对桥梁冲击系数的影响为随着桥梁刚度的增加桥梁冲击系数先增大后减小，再增大；3)通过不同速度下的图形对比，发现随着速度的增加，桥梁冲击系数的第一次峰值所对应的桥梁刚度也会越来越大。
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。
《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：本文针对高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动问题，首先概述了国内外研究现状，并着重阐述了耦合振动理论的基本原理和数学模型。
接着，通过理论分析和实验研究相结合的方法，深入探讨了列车、线路和桥梁之间的相互作用关系及其对系统振动特性的影响。
最后，本文还探讨了该理论在高速铁路工程实践中的应用，并提出了相应的优化措施。
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。
列车的高速运行不仅对线路和桥梁提出了更高的要求，同时也带来了新的振动问题。
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，对于保障高速铁路的安全、平稳、舒适运行具有重要意义。
二、国内外研究现状近年来，国内外学者在高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动方面进行了大量的研究。
研究内容主要涉及振动理论、数学模型、实验研究和工程应用等方面。
目前，国内外的研究主要集中在以下几个方面：一是列车—线路耦合振动的研究；二是线路—桥梁耦合振动的研究；三是列车—线路—桥梁整体耦合振动的研究。
三、耦合振动理论的基本原理和数学模型（一）基本原理高速铁路列车—线路—桥梁的耦合振动是一个复杂的动力学问题，涉及到列车、线路和桥梁的相互作用关系。
在列车运行时，由于轨道不平顺、桥梁的刚度变化等因素，会产生一定的振动。
这些振动会通过线路和桥梁传递到列车上，影响列车的运行稳定性和乘坐舒适性。
因此，研究列车—线路—桥梁的耦合振动，需要从动力学角度出发，分析各部分之间的相互作用关系。
（二）数学模型为了描述列车—线路—桥梁的耦合振动特性，需要建立相应的数学模型。
目前，常用的数学模型包括有限元模型、离散元模型和连续介质模型等。
这些模型可以根据实际需要选择合适的类型和精度，用于描述列车、线路和桥梁的振动特性和相互作用关系。
四、理论分析和实验研究（一）理论分析通过理论分析，可以深入探讨列车、线路和桥梁之间的相互作用关系及其对系统振动特性的影响。
《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逐渐成为研究的热点。
高速列车在运行过程中，由于列车的高速运动、线路的不平顺以及桥梁的刚度等因素，会产生复杂的耦合振动现象。
这种振动不仅影响列车的运行平稳性、乘客的舒适性，还可能对线路和桥梁的结构安全造成威胁。
因此，对高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论1. 列车动力学模型列车动力学模型是研究列车—线路—桥梁耦合振动的基础。
通过对列车的质量、阻尼、刚度等参数进行合理设置，建立列车的动力学模型，可以模拟列车的运行状态和振动特性。
2. 线路模型线路模型主要考虑轨道的不平顺性。
轨道不平顺是导致列车产生振动的主要原因之一。
通过对轨道几何形状、轨道结构等参数进行建模，可以模拟线路的振动特性。
3. 桥梁模型桥梁模型主要考虑桥梁的刚度和动力特性。
不同类型和结构的桥梁，其刚度和动力特性有所不同，对列车的运行和振动影响也不同。
通过建立桥梁的动力学模型，可以研究桥梁的振动特性和对列车运行的影响。
4. 耦合振动分析方法列车—线路—桥梁的耦合振动分析方法主要包括有限元法、模态叠加法等。
通过建立列车、线路、桥梁的耦合振动方程，可以分析列车在运行过程中与线路、桥梁之间的相互作用和影响。
三、高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动的应用研究1. 列车运行平稳性分析通过建立列车—线路—桥梁的耦合振动模型，可以分析列车的运行平稳性。
通过对列车的振动加速度、振幅等参数进行计算和分析，可以评估列车的运行平稳性和乘客的舒适性。
2. 线路维护和桥梁健康监测通过对线路和桥梁的振动特性进行分析，可以监测线路和桥梁的结构安全状况。
通过分析线路的几何形状和结构参数的变化，可以及时发现线路的损坏和老化问题，采取相应的维护措施。
同时，通过对桥梁的振动特性进行监测和分析，可以评估桥梁的健康状况和安全性。
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桥梁结构的风—车—桥耦合振动分析的研究概况作者：贾晓健来源：《建筑工程技术与设计》2014年第15期摘要：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。
关键词：桥梁；耦合振动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]。
以轨道横向与竖向不平顺为激励源将整个车桥系统划分成车辆与桥梁两个子系统分别建立车辆与桥梁的运动方程以轮轨相互作用将这两个运动方程联系起来K.H.Chu等人所建立的多刚体多自由度车辆分析模型得到了后来各国研究人员的广泛采纳对现代车桥振动研究理论产生了深远影响。
在此前后欧洲的法国、意大利、丹麦等国研究者也进行了类似的甚至更深入的研究工作。
G.Diana[8]探讨了大跨度悬索桥的列车走行问题以及列车在已经发生变形的大跨度悬索桥上运行时的动力响应M.Olsson[9]采用有限元-模态技术求解车桥动力响应Green和Cebon提出了在频域内求解分离的车桥系统方程的新方法，他们利用模态脉冲响应函数与模态激扰力采用模态迭加法并结合FFT和IFFT技术来求解桥梁的动力响应[10]。
Yeong-Bin yang采用动态凝聚法求解车桥系统的动力响应问题[11]。
由于将所有与车体有关的自由度在单元级进行凝聚使得计算效率大为提高，Bogaert采用简化的车辆模型，研究高速列车通过肋式拱桥的竖向振动冲击效应，并给出了冲击系数的简化表达式12]。
2.3研究工作中存在的问题我国现行的桥梁设计规范将汽车荷载分为四个等级13]，冲击系数却采用相同的计算公式，显然这是和实际不相符合的，在许多计算设计中都把桥梁所受的力看成确定的力来计算，然而实际的受力情况存在着很多不确定的因素；所以显然这种计算方法不是十分精确，需要进一步进行分析14]。
而且现在多数风-车-桥耦合振动研究仅限于二维平面内的分析，虽然在二维平面内的简化模型对于纵向弯曲振动的桥梁是比较准确的，但实际中有不少桥梁还呈现扭转与横向弯曲振动模型，如按照二维模型分析，则这样的弯曲模型不能给出准确的动荷载[15]。
风和车辆的竖向振动、横向振动模型和空间振动模型都值得进一步研究。
3：风车桥耦合振动研究的未来发展趋势3.1桥梁在荷载作用下的安全问题随着铁路建设的发展，跨越大江大河的大跨度桥梁日益增加，跨度也将越来越大，对大跨度铁路桥梁而言，不仅要研究列车过桥时的振动问题，更重要的是要研究在各种荷载作用下，桥上列车运行的安全性和舒适性问题以及桥梁结构本身的安全与振动状态问题]16]。
3.2解决高速列车作用下的振动问题高速列车通过桥梁时将产生较大的振动，而且列车高速运行时带动列车周围空气随之运动而产生的列车风使列车附近环境空气压力波动及其对桥梁产生的效应；列车风与自然风的相互作用及其对车桥系统动力特性的影响等[17]。
此外，鉴于风对结构动力作用问题的重要性和复杂性，还需要大量的理论与试验研究。
因此采用结构控制技术来减少高速铁路桥梁的振动也将成为今后车桥振动研究的一个新方向[18]。
3.3风-车-桥耦合振动对环境的影响随着高速铁路的修建，列车高速通过桥梁时引起的振动将对周围的建筑物和人体产生影响。
同时会引起巨大的噪声。
另外，城市轻轨的修建，也带来类似的问题。
因此，研究风-车-桥耦合振动引起的振动在周围环境中的传播，以及这种振动对周围环境的破坏及破坏程度。
必将成为今后车桥振动研究的一个新热点。
3.4冲击系数的进一步研究世界各国对公路桥梁的冲击问题已经作了大量的理论与实测研究。
在理论上已经建立了一个比较能反映实际情况的汽车一桥梁模型。
在我国现行的桥梁设计规范中，对各种桥型的车辆振动特性有进一步的了解，但还缺乏一个能供实用设计的简便计算公式。
我国交通部能支持这一研究项目，提出一套符合我国路面情况、车辆荷载的梁桥、曲桥、拱桥及横向联结系的冲击系数计算公式。
这一研究对我国公路桥梁设计及维修加固具有极其深远的意义。
4：结论：在影响风-车-桥耦合振动的众多因素中，诸如汽车荷载的流量大小、行车速度、车辆间距、车辆行驶位置以及风的速度、方向都具有明显的随机性，因而进行风-车-桥振动理论分析的难度较大。
但随着电子计算机的出现以及有限元技术的发展。
使得风-车-桥振动研究具备了强有力的分析手段。
这极大地促进了风-车-桥耦合振动研究的向前发展。
这也将促进风-车-桥耦合振动研究日益走向完善和成熟。
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