• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      考慮橫豎向車橋耦合曲線橋的動(dòng)力響應(yīng)影響

      2020-08-03 02:46:36許漢錚商朋朋李曉濤陳武浩
      科學(xué)技術(shù)與工程 2020年19期
      關(guān)鍵詞:上橋車重車橋

      許漢錚, 潘 宏, 商朋朋, 李曉濤, 陳武浩, 胡 眺

      (1.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,西安 710054;2.浙江省紹興市公路管理局,紹興 312000)

      當(dāng)車輛行駛在橋梁上,曲線橋會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)力響應(yīng)[1],分析汽車荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)必須考慮車橋耦合作用[2],而現(xiàn)有的研究成果很少考慮橫向車橋耦合作用。但如果不考慮橫向耦合振動(dòng)或者對(duì)橫向耦合振動(dòng)考慮欠佳,都會(huì)對(duì)真實(shí)的車橋耦合振動(dòng)分析產(chǎn)生一定的偏差,通過(guò)對(duì)混凝土連續(xù)曲線橋在有無(wú)橫豎向車橋耦合作用下的動(dòng)力響應(yīng)對(duì)比分析,更加清晰認(rèn)識(shí)混凝土連續(xù)曲線橋的動(dòng)力響應(yīng),為保證橋梁運(yùn)營(yíng)期間的安全、延長(zhǎng)使用壽命、減少經(jīng)濟(jì)損失等方面具有重要意義。

      目前,中外學(xué)者在車橋耦合方面的研究較多:李清海等[3]通過(guò)考慮多軸及多個(gè)車輛的作用于多種支承條件下的橋梁,采用三次插值函數(shù)建立橋梁相關(guān)運(yùn)動(dòng)方程,并引入超單元法建立了車輛荷載運(yùn)動(dòng)方程,分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng);周樂(lè)[4]通過(guò)建立分離的7個(gè)自由度兩軸整車模型和連續(xù)曲線梁模型振動(dòng)方程,運(yùn)用接觸處的位移協(xié)調(diào)條件,推導(dǎo)耦合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程,并以實(shí)際曲線梁橋?yàn)楸尘?,分析單車荷載作用下曲線梁橋橫豎向耦合振動(dòng)響應(yīng)的影響;Marchesiello等[5]建立七自由度系統(tǒng)3軸汽車模型,以恒定速度過(guò)橋,對(duì)一座三跨橋梁進(jìn)行了數(shù)值分析,研究橋梁扭轉(zhuǎn)模態(tài)形狀的動(dòng)力響應(yīng);Willis[6]不考慮橋梁本身的自重,通過(guò)建立車橋耦合振動(dòng)方程,得出了近似的解析解,研究發(fā)現(xiàn)靜力作用下橋梁的應(yīng)力和變形均小于動(dòng)力作用橋梁的應(yīng)力和變形。然而針對(duì)車橋耦合振動(dòng)的研究大都集中于豎向的振動(dòng)問(wèn)題,對(duì)橫向耦合振動(dòng)問(wèn)題研究較少涉及。

      為此,在豎向車橋耦合作用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮橫向車橋耦合的混凝土曲線橋動(dòng)力響應(yīng),以期得到混凝土曲線橋橫向位移的精確解,為防治混凝土曲線橋的橫向爬移病害提供參考依據(jù)。

      1 曲線橋模型

      1.1 曲線橋概況

      以3 m×25 m的混凝土連續(xù)曲線橋作為研究對(duì)象,并建立相應(yīng)的有限元模型。曲線橋?yàn)閱蜗鋯问医孛?,橋梁中心線位于80.25 m的圓曲線上,該箱梁頂板寬度和厚度分別為8.5、0.25 m,底板寬度和厚度分別為4.5、0.2 m,腹板厚度為0.5 m,兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)度均為2 m,懸臂板端部厚度0.2 m,根部厚度0.4 m,由端部向根部按線性漸變。橫斷面如圖1所示。

      圖1 曲線橋跨中、支點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖Fig.1 Standard cross section diagram of mid-span and fulcrum of curved bridge

      1.2 有限元模型

      通過(guò)有限元軟件ANSYS,建立曲線梁橋模型,同時(shí)劃分單元網(wǎng)格,主梁部分采用3D實(shí)體單元solid65,選用的材料參數(shù)為彈性模量3.45×104MPa,材料密度為2 600 kg/m3,泊松比0.2;針對(duì)蓋梁、支座墊石和橋墩,采用與主梁相同的參數(shù)建立模型,曲線橋有限元模型如圖2所示。

      圖2 曲線橋?qū)嶓w單元模型Fig.2 Solid element model of curved bridge

      2 耦合振動(dòng)整車模型

      2.1 車輛系統(tǒng)構(gòu)成

      車輛是由輪胎、懸架、車體等相關(guān)元件所組成,各個(gè)元件在空間上存在6個(gè)自由度,因各個(gè)部件沿著行車方向產(chǎn)生伸縮對(duì)研究橫向和豎向的車橋耦合效應(yīng)幾乎沒(méi)有影響,因此各剛體的伸縮位移可以忽略,這樣,針對(duì)每個(gè)剛體,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以只考慮5個(gè)自由度[7],即橫移、側(cè)滾、浮沉、搖頭及點(diǎn)頭。為了更能真實(shí)地反映汽車在橋面上行駛的動(dòng)態(tài)過(guò)程,擬采用三軸車輛(雙后軸)模型,分成7個(gè)剛體,即6個(gè)車輪和1個(gè)車體,整個(gè)車輛自由度為17[8],其立面及側(cè)面如圖3所示。

      圖3 三軸車輛模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of three-axle vehicle model

      2.2 車輛參數(shù)

      為了更能真實(shí)地反映汽車在橋面上行駛的動(dòng)態(tài)過(guò)程,擬采用三軸自卸汽車的相關(guān)參數(shù)對(duì)車輛建立參數(shù)化模型[9-11],車身質(zhì)量為28 500 kg,其車輛技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

      表1 車輛技術(shù)參數(shù)

      2.3 耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的建立與求解

      根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程組和結(jié)構(gòu)阻尼矩陣可推導(dǎo)出車橋耦合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程組,車橋兩個(gè)子系統(tǒng)表達(dá)式為

      (1)

      式(1)中:Mv、Mb、Cv、Cb、Kv、Kb分別為橋梁和車輛的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣;因此可以用式(2)表示:

      (2)

      式(2)中:Fv、Fb分別為橋梁和車輛的整體外力向量,F(xiàn)b與車輛和橋梁的運(yùn)動(dòng)有關(guān),F(xiàn)v只與路面不平度和橋梁的運(yùn)動(dòng)有關(guān);δv、δb分別代表橋梁、車輛的自由度向量;i為路面粗糙度。

      車輛系統(tǒng)與橋梁系統(tǒng)接觸處的幾何相容條件可以表示為

      (3)

      車與橋在接觸處的平衡條件可表示為

      (4)

      3 橫豎向車橋耦合曲線橋動(dòng)力響應(yīng)

      3.1 動(dòng)力特性分析

      運(yùn)用ANSYS對(duì)混凝土連續(xù)曲線橋進(jìn)行模態(tài)分析,得到背景橋梁的振動(dòng)特性,對(duì)前6階的自振頻率進(jìn)行匯總,如表2所示:

      表2 曲線橋模態(tài)分析

      由表2可知,一階二階振型以豎向振動(dòng)為主,三階振型除了豎向振動(dòng)以外,還會(huì)伴隨著輕微的側(cè)向的彎扭耦合振動(dòng),而高階振型,彎扭耦合振動(dòng)效應(yīng)明顯,與曲線橋的實(shí)際動(dòng)力特性相符。

      3.2 不考慮橫豎向車橋耦合

      3.2.1 曲線橋橫向力

      在不考慮橫豎向車橋耦合作用時(shí),分別采用10、30、50、70 t車重,并以50 km/h的速度上橋。通過(guò)運(yùn)行分析,對(duì)不同車重情況下曲線橋跨中截面處沿半徑方向的力進(jìn)行分析,因研究對(duì)象為3 m×25 m 的混凝土連續(xù)曲線橋,即對(duì)1#跨中截面、2#跨中截面、3#跨中截面處的橫向力進(jìn)行分析,其時(shí)程曲線如圖4所示。

      圖4 曲線橋跨中橫向力時(shí)程曲線Fig.4 Time-history curve of transverse force in mid-span of curved bridge

      由圖4可以得到如下結(jié)論:當(dāng)車輛接近1#、2#、3#跨跨中時(shí),曲線橋橫向力會(huì)逐漸變大。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)跨中時(shí),橫向力產(chǎn)生突變,因?yàn)檐囕v為三軸車,質(zhì)量集中在三個(gè)軸處,所以突變會(huì)發(fā)生三次。

      當(dāng)汽車后軸駛離跨中截面處,曲線橋橫向力達(dá)到反向最大值,車輛駛離曲線橋,橫向力逐漸變小。整個(gè)過(guò)程不涉及車橋耦合作用,所以曲線橋橫向力時(shí)程曲線比較圓滑,無(wú)波動(dòng)產(chǎn)生。不同車重汽車上橋,橫向力的最大值明顯增大,說(shuō)明車重對(duì)曲線橋的橫向力影響顯著。為了進(jìn)一步確定車重對(duì)橫向力的影響,對(duì)不同車重下各跨中截面橫向力的最大值進(jìn)行匯總,其跨中截面橫向力最大值如表3所示。

      表3 跨中橫向力最大值

      由表3可知,隨著車重增加,相同跨跨中橫向力最大值逐漸增加,70 t車重作用下,1#跨中截面橫向力最大值能達(dá)到244.75 kN,同一車重下,不同跨中截面產(chǎn)生的橫向力不同,其中1#跨中截面產(chǎn)生的橫向力高于其他截面。

      3.2.2 曲線橋橫向位移

      為了更加明確曲線橋真實(shí)變化情況,提取跨中截面橫向位移,繪制相關(guān)時(shí)程曲線,如圖5所示。

      由圖5可以得到如下結(jié)論:不同車重汽車上橋,曲線橋跨中截面橫向位移變化趨勢(shì)相同,都逐漸增大,隨著車重的增加,曲線切線斜率越大,說(shuō)明車重對(duì)曲線橋跨中截面橫向位移影響明顯。1#跨中截面橫橋向位移隨著汽車三個(gè)軸依次上橋而逐漸增大,0.5 s后,車輛后軸駛?cè)霕蛎?,時(shí)程曲線不再有波動(dòng),1.2 s左右,車輛中心穿過(guò)1#梁跨中截面,其橫橋向位移達(dá)到峰值,之后逐漸減小。對(duì)于2#跨中截面,當(dāng)時(shí)間達(dá)到2.8 s左右時(shí),此時(shí)汽車駛?cè)肟缰薪孛嫣?,其橫向位移達(dá)到峰值。3#跨中截面橫向位移與1#跨中截面具有對(duì)稱的變化趨勢(shì)。

      圖5 曲線橋跨中橫向位移時(shí)程曲線Fig.5 Time-history curve of lateral displacement in mid-span of curved bridge

      為了進(jìn)一步確定車重對(duì)橫向位移的影響,對(duì)不同車重下各跨中截面橫向位移的最大值進(jìn)行匯總,其跨中截面橫向位移最大值如表4所示。

      表4 跨中橫向位移最大值

      由表4可知,隨車重增加,所有跨中截面的橫向最大位移值逐漸變大;同一車重下,位于邊跨的截面產(chǎn)生的橫向位移大于中跨截面,70 t車重作用下,1#跨中截面橫向位移最大能達(dá)到0.722 mm。

      3.3 考慮橫豎向車橋耦合

      3.3.1 曲線橋橫向力

      在考慮橫豎向車橋耦合作用的情況下,分別采用10、30、50、70 t的車重,以50 km/h的速度上橋,通過(guò)對(duì)車橋耦合作用不同車重汽車上橋進(jìn)行分析,提取曲線橋跨中截面處沿半徑方向的力,其時(shí)程曲線如圖6所示。

      由圖6可以得到如下結(jié)論:橫豎向車橋耦合作用下,不同車重的跨中橫向力時(shí)程曲線變化趨勢(shì)總體不變。當(dāng)車輛接近1#、2#、3#跨跨中時(shí),曲線橋橫向力會(huì)逐漸變大,因?yàn)榭紤]到橫豎向車橋耦合作用,橫向力的變化曲線會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)性。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)跨中時(shí),橫向力產(chǎn)生突變,變化趨勢(shì)與不考慮車橋耦合作用一致。車輛駛離曲線橋,橫向力逐漸變小,曲線橋橫向力時(shí)程曲線會(huì)隨之產(chǎn)生一定的波動(dòng),且逐漸減小。為了進(jìn)一步確定車重對(duì)橫向力的影響,對(duì)不同車重下各跨中截面橫向力的最大值進(jìn)行匯總,其跨中截面橫向力最大值如表5所示。

      圖6 曲線橋跨中橫向力時(shí)程曲線Fig.6 Time-history curve of transverse force in mid-span of curved bridge

      由表5可知,相同跨跨中橫向力最大值隨車重變化與不考慮車橋耦合效應(yīng)一致,即都逐漸增加。70 t車重作用下,同一車重1#跨中截面橫向力最大值大于其他截面,說(shuō)明車重增加曲線橋橫向受力越不利,1#跨中截面橫向力最大值能達(dá)到248.25 kN。

      表5 跨中橫向力最大值

      綜上所述,是否考慮橫豎向車橋耦合作用,對(duì)曲線橋的橫向力進(jìn)行對(duì)比分析,繪制柱狀圖,如圖7所示。

      圖7 曲線橋跨中橫向力對(duì)比Fig.7 Comparison of transverse forces in mid-span of curved bridge

      由圖7可知,隨著車重的增加,各跨中截面的最大橫向力逐漸變大,這與不考慮車橋耦合作用變化趨勢(shì)一致。車重相同的情況下,各個(gè)跨中截面的橫向力比不考慮橫豎向車橋耦合作用的數(shù)值大。

      3.3.2 曲線橋橫向位移

      提取考慮橫豎向車橋耦合作用下曲線橋跨中截面產(chǎn)生的橫向位移,其時(shí)程曲線如圖8所示。

      圖8 曲線橋跨中橫向位移時(shí)程曲線Fig.8 Time-history curve of lateral displacement in mid-span of curved bridge

      由圖8可以得出如下結(jié)論:考慮橫豎向車橋耦合作用下,各跨中截面的橫向位移時(shí)程變化曲線具有一定的波動(dòng)性,特別是車輛剛駛?cè)霕蛎婧碗x開橋面時(shí)波動(dòng)性比較明顯,但是1#、2#、3#跨跨中截面橫向位移變化趨勢(shì)同于不考慮橫豎向車橋耦合情況。不同車重汽車上橋,曲線橋跨中截面橫向位移變化趨勢(shì)相同,都逐漸增大,隨著車重的增加,曲線形狀越陡,這與不考慮車橋耦合作用變化趨勢(shì)一致。是否考慮車橋耦合作用,橫向位移的峰值所出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)會(huì)存在一定的差別,但差別不大,在0.2 s之內(nèi)。為了進(jìn)一步確定車重對(duì)橫向位移的影響,提取不同車重下各跨中截面橫向位移的最大值。其跨中截面橫向位移的最大值如表6所示。

      由表6可知,增加車重,各截面的橫向最大位移值也逐漸變大,這與不考慮車橋耦合作用產(chǎn)生的結(jié)果是一致的,70 t車重作用下,1#跨中截面橫向位移最大值能達(dá)到0.796 mm,比不考慮橫豎向車橋耦合作用增大了10.25%,因此在對(duì)曲線橋橫向動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行研究時(shí),有必要計(jì)入車橋耦合效應(yīng)。

      表6 跨中橫向位移最大值

      綜上所述,是否考慮橫豎向車橋耦合作用,對(duì)曲線橋的橫向位移進(jìn)行對(duì)比分析,繪制柱狀圖,如圖9所示。

      圖9 曲線橋跨中橫向位移對(duì)比Fig.9 Comparison diagram of transverse displacement in mid-span of curved bridge

      由圖9可知,隨著車重的增加,各跨中截面的最大橫向位移逐漸變大,這與不考慮車橋耦合作用變化趨勢(shì)一致。車重相同的情況下,各個(gè)跨中截面的橫向位移比不考慮橫豎向車橋耦合作用的數(shù)值大,其中1#跨中、3#跨中橫向位移變化最為明顯。

      4 結(jié)論

      從車輛自重入手,分析不同車重下考慮橫豎向車橋耦合作用曲線橋的動(dòng)力響應(yīng)情況,得到以下結(jié)論。

      (1)曲線橋前兩階振型以豎向振動(dòng)為主,三階振型除了豎向振動(dòng)以外,還會(huì)伴隨著輕微的側(cè)向的彎扭耦合振動(dòng),而高階振型,彎扭耦合振動(dòng)效應(yīng)明顯。

      (2)不考慮車橋耦合作用,曲線橋橫向力、橫向位移時(shí)程曲線比較圓滑,無(wú)波動(dòng)產(chǎn)生;考慮到橫豎向車橋耦合作用,橫向力和橫向位移的時(shí)程曲線會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)性,尤其是車輛剛駛?cè)霕蛎婧碗x開橋面時(shí)波動(dòng)性較為明顯

      (3)隨著車重增加,相同跨跨中截面橫向力、橫向位移最大值也逐漸增大,這與不考慮車橋耦合作用變化趨勢(shì)一致。

      (4)車重相同的情況下,各個(gè)跨中截面的橫向力和橫向位移均比不考慮橫豎向車橋耦合作用的數(shù)值大。

      猜你喜歡
      上橋車重車橋
      靈武長(zhǎng)棗
      基于三軸加速度計(jì)最小二乘法質(zhì)量和坡度估計(jì)
      汽車電器(2022年8期)2022-08-29 08:01:52
      車橋剪紙:傳統(tǒng)藝術(shù)與時(shí)代精神的相互融合
      基于發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)功能的智能車重預(yù)估方法
      鴨子上橋
      三角高程上橋在梅汕客專中的應(yīng)用研究
      基于車橋耦合振動(dòng)的鋼管混凝土系桿拱橋動(dòng)力響應(yīng)分析
      基于車橋耦合動(dòng)力分析的橋梁動(dòng)應(yīng)力計(jì)算方法
      更輕更暴力
      汽車周刊(2015年5期)2015-05-30 10:48:04
      車橋耦合振動(dòng)對(duì)混凝土早期性能的影響及其損傷機(jī)理
      仪陇县| 辽中县| 赫章县| 平原县| 湾仔区| 石林| 沈阳市| 扎囊县| 泰宁县| 广西| 神木县| 哈密市| 镶黄旗| 加查县| 南宁市| 富川| 金山区| 松江区| 南陵县| 西丰县| 高碑店市| 河池市| 紫阳县| 兴文县| 阿克陶县| 岑巩县| 济宁市| 四平市| 磴口县| 伊春市| 兴安县| 斗六市| 南充市| 英吉沙县| 个旧市| 柳河县| 怀集县| 涿鹿县| 乌审旗| 灵川县| 卓资县|