车-桥耦合振动的动力响应分析.pdf

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1、第36卷第4期大连交通大学学报Vo1．36No．42015年8月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYAug．2015文章编号：1673-9590(2015)04-0022—05车一桥耦合振动的动力I1向应分析蔡军哲，何伟，边陇超，司龙(1．西安公路研究院，陕西西安710065；2．陕西省交通建设集团公司，陕西西安710075；3．陕西省长安区农村公路管理站，陕西西安710100)米摘要：通过三角级数叠加法模拟桥面不平顺激励，运用大型有限元通用分析软件ANSYS的耦合技术对车一桥耦合振动进行了分析．提出了5个自由度的车辆模型模

2、拟重车，160个梁单元模型模拟简支梁桥，把车辆和桥梁结构视为2个系统，利用Newmark—B法求解车一桥耦合振动方程组，进行了桥梁结构振动的位移、弯矩的响应研究．得到了桥梁跨中最大位移和弯矩都不是发生在桥梁跨中位置；随着桥面不平顺有明显的变化，随着桥面状况的变差，其响应越来越大．关键词：车一桥耦合振动；车辆模型；三角级数叠加；随机不平整文献标识码：A0引言响应分析提供了一种便捷和可靠的数值分析方法．当车辆以一定速度通过桥梁时，因车辆自身1车一桥耦合振动分析动力特性的作用、桥头引道与桥面凹凸等因素的1．1桥梁模型及振动方程影响，引起车辆弹簧上部由车身及装载

3、货物所构目前，梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等桥型结构成的悬挂质量的振动．车辆的振动会促使桥梁结形式在车一桥耦合振动分析中都有所涉及．一般构发生振动，导致桥梁结构内力及位移变化，与此同时桥梁结构的振动又促进车辆的振动，这种相采用有限元方法建立桥梁模型的动力平衡方程．互作用和反作用就是“车一桥耦合”问题，关于车桥梁有限元模型大多采用杆系单元建立J，对结一桥耦合振动研究可追溯到1929年的Jefcott_lJ构作大量简化的有限元模型会导致一定的近似发表的动载荷作用下桥梁振动的研究．初期的研性，并且忽略了桥梁的局部振动．桥梁一般由桥跨究都是将车辆简化为移动的载荷，

4、在1968年，Tan结构、支座系统、墩台、及墩台基础等结构组成，在和Shore【2-3]运用一个移动常量力来考虑而忽略分析车辆与桥梁结构的耦合振动时，一般用空间其惯性；当车辆的质量远小于桥梁结构且桥面平有限元模型来模拟桥梁结构，采用空间梁单元进整度较好时，上述简化研究还是很实用和便捷的．行分析．桥梁结构属于多自由度体系，桥梁结但当车辆的质量不可以忽略时，就需要使用改进构的动力平衡方程可写为：的模型，于是在1979年，Blewjas_4提出了移动质量模型．然而这一模型在反映车一桥耦合本质上[]{}+[c]{}+[]{}={F}仍然是不完善的，于是林海等对初

5、期的解析分(1)析理论做的评述里有更详细的介绍．式中：[]为桥梁结构的质量矩阵；[]为桥本文考虑桥面随机不平整激励，建立1／2车辆梁结构的阻尼矩阵；[]为桥梁结构的刚度矩模型作为车一桥耦合的移动荷载作用在空间简支梁桥模型上．运用大型有限元分析软件ANSYS的耦合阵；{}、{}、{}为分别为桥梁结构节点的技术来实现车一桥耦合振动分析，为桥梁结构动力加速度、速度和位移向量；[]为车辆作用于桥{l}收稿日期：2014—12-30作者简介：蔡军哲(1982一)，男，工程师，硕士，主要从事桥梁结构的研究E-mail：153068642@qq．com．第4期蔡军哲，

6、等：车一桥耦合振动的动力响应分析梁结构的荷载向量，车辆荷载和桥梁的耦合振动、转角0和三轴车竖向位移Z(i=1，2，3)的五个车速、桥面不平整度的函数．自由度的振动系统．1．2车辆模型及振动方程，弓l车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关M／"-~0＼的科学，其本身是个非常复杂的学科．在车一桥耦合振动分析中，桥梁工作者主要关注桥梁结构的振动响应，而车辆本身的模型只要能满足车一桥耦合振动的要求，一般都作尽可能的简化，以减少耦合系统求解的复杂程度．L———lL公路桥梁上的车辆常见是各种类型的双轴、三轴载重车辆和运输重车．车辆行驶过桥面时，将图1三轴车辆平面模型

7、产生振动，车辆的振动主要包括下面几种：上下振动、前后振动和左右摇晃．如果轮胎运动时不离开桥面，桥梁的动力响建立三轴载重车平面车辆模型8(见图1)，应可近似看作静力响应，以竖向静力平衡状态为本文采用1／2车辆模型模拟移动荷载．建立车辆车辆运动系统的基准，则车辆振动系统的总动能振动模型，它属于车身刚体的竖向位移，竖向、势能及能量损失D分别为：31"2=+2+(1，2，3)u=1(zz+㈤。+1K(zz：一+1KG—。一,3(ZG—z3一㈤+1(z一y)+1K(Z：-r2一)，)+1(z1a，_r3一y，)D=1c(+f。)。+1c(。一一z)+1c一(一，一

8、z：)+。。1cc‘。l((Z。1一一r。1．—．Y．。1)+寻÷c2(Z：2一