风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究(1)
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。
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]。
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。
车桥耦合振动系统模型的研究
４ 混凝土结构 的耐久性设计 方法［］ 建筑技 术 ，０ ３ Ｊ． ２０ ， 开始锈蚀 。因此 ， 设计 上要采取措施 ， 强铰缝 连接 ， 从 加 避免单 板 ［ ］ 陈肇元 ．
从 选 设计 中， 配置 的钢筋间距应适 当 ， 方便 振捣 ， 使混凝 土粗 细骨料分 构 设 计 必 须 重 视 耐 久 性 设 计 问题 ， 选 材 、 型 等 多 个 层 面 全 面 布 均 匀 ， 证 混 凝 土 的 密 度 和 强 度 。 混 凝 土 外 露 面 的边 缘 、 角 加强混凝 土桥梁结构 的耐久性 。实践证 明 ， 保 棱 桥梁 耐久性 问题 还没 和 沟 槽 均 应 呈 圆 弧形 。 有 得 到 充 分 重 视 ， 范 中关 于 耐 久 性 设 计 的 规 定 还 不 够 完 善 ， 规 需
中图 分 类 号 ： ４ Ｕ４ １ 文献标识码 ： Ａ
车桥系统形成 的耦 合振 动 在工程 中是 一个 长期 存 在又较 复 的影响 ， 或虽 考虑了车 体加 速度对 系 统 的动力学 影 响＿ 但在模 ５， ５ ＿ 杂难 解的课题 ， 研究 和控 制 这种 振动 对于桥 梁设 计 、 护和 安全 型 中未考虑路 面不 平度 和车 桥之 间 的弹性一 阻尼 因素。本 文 研 维 具 有 重 要 意 义 。 这 就 需 要 分 析 研 究 车 桥 耦 合 振 动 具 有 的 深 层 机 究桥梁 的横 向振动 和汽车的竖直振动组 成 的耦 合振动 ， 建立 了包 理和振动特性 ， 而其 中关 于建 立 既能真 实反 映系 统耦 合振 动 ， 又 括 桥面不平度 、 汽车匀变速行驶 时的加速度 等因素在 内的耦合振 简洁便 于求解的理论 模 型成 为重要 的 一环 。国内外 众 多学 者对 动模型 ， 运用模 态叠加法原理 和 Ｇ ｅ ｉ 方 法建立 车桥 系统 的离 ｌ ｋ ａｒ ｎ 这一问题进行 了研究 ， 但并未考虑 车在 行驶 中速度 的变化对 振动 散化方程组 。 集料 ， 避免将含氧化镁 或硫酸盐的膨胀 集料或 生石灰碎 块混入 集 与沥青 混凝土铺装层之 间应具 有 良好 的相 融性 ， 二者之 间的粘结 料 中等 。混凝 土中氯离子含量对钢 筋腐蚀 的影 响极大 ， 一般情 况 力 不 应 低 于 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 与 水 泥 混 凝 土 桥 面 板 之 间 的 粘 结 下， 钢筋混凝土 中氯盐掺 量应少于水泥重量 的 １ ， ％ 掺氯盐 的混 凝 力 。另外 ， 在桥面铺装 层的顶面 ， 特别是连 续梁 的负弯矩段 ， 应设 土必须振 捣密实 ， 且不宜 采用 蒸汽养护 。 置 防水层 。为避免水分从伸缩缝 处渗入梁 内， 加强伸缩缝 处 的 应 排水设计 ， 注意排水管 的设计 ， 特别是水 管周边的构造细节处 。 桥 梁结构 的安全 运行依赖 于耐久性设计是 否完备 ， 赖于后 依
桥梁抗风型TMD对车-桥耦合振动系统减振性能研究
桥梁抗风型TMD对车-桥耦合振动系统减振性能研究刘修平;王涛;杨克焕;冯宇;韩万水【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2024(43)5【摘要】为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。
研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。
【总页数】10页(P121-130)【作者】刘修平;王涛;杨克焕;冯宇;韩万水【作者单位】长安大学公路学院;广东华路交通科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】U441.3【相关文献】1.泸州市长江六桥(邻玉)主桥风-车-桥耦合振动性能研究2.MR-TMD减振系统对连续箱梁桥振动控制研究3.风速场模型对风-车-桥系统耦合振动特性影响研究4.风-车-桥系统非线性空间耦合振动研究5.考虑车辆位置影响的风-车-桥系统耦合振动研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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
大跨度公轨两用悬索桥风_车_桥耦合振动及抗风行车准则研究
第29卷第12期V ol.29 No.12 工程力学2012年 12 月 Dec. 2012 ENGINEERING MECHANICS 114 文章编号：1000-4750(2012)12-0114-07大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究李永乐1，董世赋1，臧瑜2，强士中1(1. 西南交通大学桥梁工程系，四川，成都 610031；2. 上海市政工程设计研究总院，上海 200092)摘要：将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统，基于风-车-桥系统空间耦合分析模型，以一大跨度公轨两用悬索桥为例，采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应，讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响；同时，基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标，对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析，得出了该悬索桥的抗风行车准则：当风速小于20m/s时，车速可达设计车速80km/h；当风速介于20m/s和25m/s之间时，车速不能大于60km/h；当风速大于25m/s时，应封闭轨道交通。
关键词：风-车-桥系统；耦合振动；抗风行车准则；风荷载；悬索桥中图分类号：U448.25 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0158COUPLING VIBRATION OF WIND-VEHICLE-BRIDGE SYSTEM FOR LONG-SPAN ROAD-RAIL SUSPENSION BRIDGE AND RESISTANT-WINDCRITERION OF RUNNING TRAINLI Yong-le1 , DONG Shi-fu1 , ZANG Yu2 , QIANG Shi-zhong1(1. Department of Bridge Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China;2. Shanghai Municipal Engineering Design General Institute, Shanghai 200092, China)Abstract: Wind, vehicle and bridge can be regarded as a coupled vibration system. Based on the novel three-dimensional dynamic model of the wind-vehicle-bridge system, the dynamic responses of vehicles and bridge of a long-span road-rail suspension bridge under wind action were analyzed to demonstrate the effects of wind speed, vehicle speed and the layout of track system using the self-developed software, BANSYS (Bridge Analysis System). Based on the reasonable assessment index, the train running safety and passenger riding comfort across the bridge were studied and the resistant-wind criterion of running train was obtained: the trains can safely pass the bridge with the design speed (80 km/h) when the wind speed is lower than 20 m/s; or no more than 60 km/h when the wind speed is 20~25 m/s; the rail traffic must be closed when the wind speed is above 25 m/s.Key words:wind-vehicle-bridge system; coupled vibration; resistant-wind criterion of running trian; wind load;suspension bridge———————————————收稿日期：2011-03-23；修改日期：2011-07-15基金项目：国家自然科学基金项目(50508036)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-06-0802)；四川省杰出青年学科带头人计划项目(2009-15-406)通讯作者：李永乐(1972―)，男，河南洛阳人，教授，博士，博导，主要从事大跨桥梁风致振动及车桥耦合振动等动力行为研究(E-mail: lele@).作者简介：董世赋(1986―)，男，江西赣州人，硕士生，主要从事桥梁风工程及车桥耦合振动方面的研究(E-mail: dsfzw@)；臧瑜(1960―)，男，江苏无锡人，教授级高工，学士，主要从事桥梁设计及相关研究(E-mail: smedi_zy@)；强士中(1941―)，男，陕西礼泉人，教授，博士，博导，主要从事桥梁结构稳定、疲劳及桥梁动力学方面的研究工程力学 11521世纪，随着世界经济和交通运输的迅速发展，大跨度桥梁的需求也越来越大。
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。
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、
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。
1年同济大学优秀博士学位论文名单
2010
13
谢欢
地图制图学与地理信息工程
童小华
机载激光数据辅助的高光谱遥感影像面向对象分类和精度分析
40
2010
14
贾远林
结构工程
陈世鸣
体外预应力钢－混凝土组合梁负弯矩区失稳的基础理论研究
41
2010
15
李福林
隧道及地下建筑工程
彭芳乐
砂土/土工合成加筋材料/加筋砂土结构的粘塑特性及有限元分析
42
2009
26
彭灿
生物医学工程
戚正武
中国南海新型芋螺毒素的克隆、纯化、结构和功能研究
74
2009
27
张建军
管理理论与工业工程
霍佳震
短销售周期供应链协调问题及其博弈分析
75
2008
1
袁西英
应用数学
邵嘉裕
图的特征值
76
2008
2
邱隆清
凝聚态物理
顾牡
基于高温超导SQUID的低场核磁共振研究
77
2008
3
马杰
5
刘俊
供热、供燃气、通风及空调工程
张旭
地源热泵系统地下换热过程几个基础问题的探讨
32
2010
6
张景基
材料物理与化学
翟继卫
电可调钛酸钡基复合陶瓷微波介电性能及其光谱特性研究
33
2010
7
高国华
材料物理与化学
吴广明
新型纳米结构气敏材料吸附机理与实验研究
34
2010
8
王伟
计算机软件与理论
曾国荪
基于信息内容的在线文本可信性评估方法研究
16
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)
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。
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
车—桥耦合系统振动性能评价标准研究
车—桥耦合系统振动性能评价标准研究随着我国轨道交通高速重载的发展趋势，桥梁工程作为线路的咽喉，其车-桥耦合分析对于保证桥梁的安全和车辆的舒适至关重要，针对各国不同的车-桥耦合评价标准，做出了详细的总结和对比，为后续车-桥耦合系统的分析提供依据。
标签：车-桥耦合；振动性能；评价标准0 引言隨着我国“一路一带”战略的不断深入，轨道交通业得到了迅速的发展，而桥梁工程在线路工程中的比例也不断增加，桥梁作为其咽喉工程，面对频发的铁路安全事故，为保证人民的生命和财产安全，桥梁的安全性以及车辆的舒适性能至关重要。
列车通过桥梁时将引起桥梁结构振动，而这种振动会反作用于车辆的振动，这种相互作用与影响称之为车-桥耦合振动[1]。
这种相互作用，不仅与桥梁自身特性有关，而且还取决于车辆行驶速度、类型、编组情况、轮轨接触以及线路状况[3]。
车-桥耦合系统包括桥梁子系统和车辆子系统，用轮轨相互作用进行连接。
车辆过桥时将产生振动，若这种振动超过一定的允许范围，则会影响列车的运行安全性和稳定性。
如果正常的轮轨关系被破坏，将造成脱轨甚至车辆倾覆。
对于桥梁结构，如果车辆过桥时发生共振，将会导致桥梁垮塌，造成严重的危害。
现在各个国家对于车-桥耦合系统的评价执行各自的标准，本文旨在对各个标准进行比较，从而能够针对某一座桥梁的车-桥耦合系统进行分析时提供评判标准，不仅保证了桥梁的安全和稳定也对车辆安全和行车舒适提供了依据[2]。
1 车-桥耦合评价系统分类整个耦合系统可以分为桥梁振动评价指标和车辆运行评价指标，其中桥梁振动评价指标又包括桥梁动力响应评价和桥梁自振特性评价，车辆运行评价指标包括车辆安全性与平稳性评价。
2 桥梁动力性能评定及标准桥梁作为车辆通行的重要工具，其安全性直接影响到车辆的通行安全，不同国家都颁布了相关规范、准则对车辆通过桥梁时的动力性能进行评价，如欧洲铁路联盟（UIC）的“EUROCODE”规范，日本的《铁路结构设计标准》、《铁道构造物设计标准》（铁道综合技术研究所），德国的铁路设计规范，我国的《铁路桥梁检定规范》（铁运函[2004]120号）、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-99）、《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）等规范都提出了相应的规定和限值。
多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究
桥梁建设2017年第47卷第1期（总第242期）Bridge Construction, Vol. 47, No. 1, 2017 (Totally No. 242)41文章编号：1003 —4722(2017)01 —0041 —06多线铁路桥双车交会的风一车一桥耦合振动研究徐昕宇1，李永乐1，陈科宇1，陈克坚2(1.西南交通大学桥梁工程系，四川成都610031; 2.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)摘要：为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应，以某六线双层铁路斜拉桥为背景，采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型，对不同双车交会组合进行风一车一桥系统耦合 振动分析，计算各工况下车辆和桥梁的动力响应，并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风 速对车辆和桥梁动力响应的影响。
结果表明：双车交会过程中，迎风侧车辆的加速度变化不明显，背风侧车辆的加速度明显变大；双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响，竖 向加速度有明显突变；横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响，对竖向位移几乎无影响；双车横桥 向间距相同时，靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大；迎风侧车辆的 加速度随风速增大而增大；桥梁跨中横向位移随风速增大而变大，竖向位移和扭转角受风速的影响 较小。
关键词：多线铁路;斜技桥；双车叉会；风一车一桥輕合振动；加速度；位移；扭转角中图分类号：U448.13;U441.3 文献标志码：AStudy of Wind-Train-Bridge Coupling Vibration of MultiTrack Railway Bridge Under Meeting of Two TrainsXUXin-yu1, LI Yong-le1 , CHEN Ke-yu1 , CHEN Ke-jian 2(1. Department of Bridge Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China；2. China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China) Abstract：To study the dynamic responses of the multi-track railway bridge under the meeting of two trains under the wind load,a six-track double-deck railway cable-stayed bridge was taken as an example and the analysis software BANSYS for bridge structures was used to set up the finite element model.The wind-train-bridge coupling vibration of the bridge under the meeting of the two trains of different combinations was analyzed,the dynamic responses of the trains and bridge under different load cases were calculated and the influences of the transverse spacing distances, relative positions of the trains and bridge and the winds speeds on the dynamic responses of the trains and bridge under the meeting of the two trains were studied.The results of the study demonstarte that in course of the meeting of the two trains,the change of the acceleration of the train on the windwrad side is not significant while the change of the acceleration of the train on the leeward side becomes great significantly.The transverse spacing distances of the two trains have the influences of different degrees on the transverse acceleration of the train on the leeward side and the vertical acceleration of the train has significant sudden change.The transverse spacing dis-收稿日期：2015 —11 一 30基金项目：国家自然科学基金项目（51525804，111334201);中国铁路总公司科技研究开发计划项目（20110026-；6);四川省创新团队项目(2015TD0004)Project of National Natural Science Foundation,of China (51525804, U1334201) ；Project of Science and Technology Researchand Development Program of China Railway Corporation. (2011G026-B)；Project of Innovation.Research Team of Sichuan.Province (2015TD0004)作者筒介：徐昕宇，博士生，E-mail:lsxxy90@。
车桥耦合振动讲义第1讲-chapter_No.1
采用谐振力来模拟机 车动轮偏心对桥梁的 冲击作用
(b)
Vt
m
考虑了质量惯 性力的作用
(c)
23
(1) 分析模型的演进
M1
M1 J1
c
(d)
Vt
k
(e)
k
c k m
c m
m
Vt
考虑两个质 量惯性力及 其相互作用
(f)
M2 J2 k2 M1 J1 k1 k1 c1
m
可较好地模拟一 个两轴车或转向 架的竖向振动
在车桥系统动力相互作用问题研究的长期发展 进程中，人们建立了从简单到复杂的各种计算分析 模型。通过这些分析模型的演变历史可以发现：作 为研究对象的梁的模型都是弹性的连续体，不同的 是移动荷载的简化形式。
22
(1) 分析模型的演进
Vt P
20世纪40年之前的 早期分析模型
(a)
Vt
P = P0 sinω t
2008,首都机场线通车 线路全长 28km Vmax=100km/h
10
教材
11
教学内容
• 第1章 绪论 • 第2章 结构动力分析的基本理论和方法 • 第3章 车桥系统的自激激励与随机模拟 • 第4章 车辆-桥梁系统的振动性能评价 • 第5章 车辆-桥梁系统动力相互作用分析 • 第6章 风荷载作用下车桥系统的振动 • 第7章 地震荷载作用下车桥系统的振动 • 第10章 交通系统对环境的振动影响及控制
12
第1章 绪论
1.1 桥梁的振动问题概述 1.2 车桥动力相互作用研究历史演进与发展现状 1.3 车桥动力相互作用问题的研究内容 1.4 引起车桥系统振动的原因 1.5 车桥动力相互作用的分析方法
13
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究
作者：韩万水， 陈艾荣， Han Wanshui， Chen Airong
作者单位：韩万水,Han Wanshui(长安大学,陕西西安,710064)， 陈艾荣,Chen Airong(同济大学,上海,200092)
刊名：
土木工程学报
英文刊名：CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
年，卷(期)：2007,40(9)
被引用次数：3次
1.韩万水风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究 2006
2.Guo W H Dynamic analysis of coupled road vehicle and long span cable-stayed bridge systems under cross winds 2003
3.韩万水;陈艾荣;胡晓伦大跨度斜拉桥抖振时域分析理论实例验证及影响因素分析[期刊论文]-土木工程学报2006(06)
4.Baker C J The quantification of accident risk for road vehicles in cross winds[外文期刊] 1994
5.Cai C S;Chen S R Framework of vehicle-bridge-wind dynamic analysis[外文期刊] 2004(7/8)
6.Li Yongle;Qiang Shizhong;Liao Haili;Xu Y L Dynamics of wind-rail vehicle-bridge systems[外文期刊] 2005(6)
7.Dodds C J;Robson J D The description of road surface roughness 1973
1.韩万水.陈艾荣随机车流下的风-汽车-桥梁系统空间耦合振动研究[期刊论文]-土木工程学报 2008(9)
2.韩万水.陈艾荣侧风与桥梁振动对车辆行驶舒适性影响研究[期刊论文]-土木工程学报 2008(4)
3.韩万水.陈艾荣杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析[期刊论文]-公路交通科技 2008(5)
本文链接：/Periodical_tmgcxb200709008.aspx。