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摘 要:本文基于简支梁桥车桥耦合振动系统的基本理论,根据达朗贝尔原理和最小热能原理,考虑了车辆系统的牵连惯性力和相对惯性力(即车辆加速度)对简支梁振动的影响.分析了车辆初速度、车辆加速度、梁长等对梁动力响应的影响.分析结果对车桥耦合系统的认识有一定的参考价值.

关 键 词 :耦合振动;简支梁;动力响应;挠度

中图分类号:U44 文献标识码:A

1.理论分析

把桥梁看作简支梁,长度为L车的质量为M,加速度为a,桥梁的单位长度质量为m,阻尼为c,抗弯刚度为EI,材料均质,各向同性,梁上x处在t时刻瞬时挠度为y(x,t),假设车辆为刚体,从而可得到梁的振动方程如图1.

2.数值计算

方程(4)为二阶参数激励时变微分方程组,[M],&

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#91;C].[K].[P]均随时间t、运动参数v0,a而变化.采用Newmark逐步积分,可以求得各个时刻的q(t),再代入(2),即可求得任意时刻梁上任意点挠度.取积分步长dt等于0.2s,M等于61.2×103kg,m等于1.5×104kg/m,E等于2.15×1011N/m2,I等于0.8m4,g等于9.8m/s2,Newmark参数?姿等于0.25,?酌等于0.5.利用大型通用程序Ansys进行建模分析,考虑了不同的车辆初始速度、车辆加速度、简支梁长度等对梁动力响应的影响.由于篇幅有限,本文仅给出了部分分析结果.


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当v0等于5m/s,L等于40m时,采用不同的车辆加速度,得到其对梁跨中挠度、弯矩和剪力的影响曲线图(由于篇幅,这里略去了图示),有图分析得知:当车速和梁长一定的时候,车辆的加速度越大,梁的挠度、剪力、弯矩等动力响应都增大.加速度越大,对梁的振动影响更加明显.故考虑梁的振动影响时,车辆的加速度不能忽略.


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取加速度a等于10m/s2不变,桥长L不变,可以得到初速度v0对梁中点挠度、弯矩和剪力的影响曲线图(由于篇幅,这里略去了图示),由图分析可得,当梁长和车辆加速度一定时,车辆的初始速度越大,梁的跨中挠度、弯矩、剪力也越来越大.当桥梁在运营过程中,需要对车辆进行限速管理,这为其提供了依据.

取a等于10m/s2,v0等于10m/s,改变桥的长度,得出了桥梁长度对跨中挠度的影响曲线图(由于篇幅,这里略去了图示),从图中可以看出,当车辆加速度和速度一定的时候,桥梁越长,桥梁跨中挠度越大,桥梁跨中挠度响应变化越剧烈.

3.结语

本文利用Ansys程序分析了车辆速度、加速度、桥梁长度对桥梁动力响应的影响,得出了桥梁在不同影响因素下的振动规律.结论如下:

车辆加速度对桥梁动力响应影响明显,加速度越大,桥梁跨中挠度、跨中弯矩、剪力都增大.

随着车辆速度的增大,桥梁跨中动力响应也增大.

桥梁长度越长,桥梁跨中挠度明显增大,桥梁振动响应也越剧烈.

4.不足与建议

本文在建立模型时,忽略了车体的自身振动对参数的影响,没有考虑路面不平顺、桥梁的弹性支撑和非线性等因素,分析计算模型与实际情况存在偏差,影响了结果的精确性,但此模型的计算值,可以作为其他模型计算结果的一个参考.

在以后的分析中,建议考虑车辆自身的振动因素、桥梁的弹性支撑、非线性以及路面不平顺等对桥梁动力响应的影响,模拟更加精确的数值分析模型,以便更准确的预测桥梁的动力响应,具有较大的现实意义.

参考文献

[1]彭献,刘子建,洪家旺.匀变速移动质量与简支梁耦合系统的振动分析[J].工程力学,2006,23(6):25-29.

[2]盛国刚,彭献,李传习.车-桥耦合系统的动力特性分析[J].长沙交通学院学报,2003,19(4):10-13.

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