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大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

李永乐 李鑫 向活跃 廖海黎

李永乐, 李鑫, 向活跃, 廖海黎. 大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(5): 22-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.003
引用本文: 李永乐, 李鑫, 向活跃, 廖海黎. 大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(5): 22-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.003
LI Yong-le, LI Xin, XIANG Huo-yue, LIAO Hai-li. Coupling vibration of wind-vehiche-bridge system for long-span steel truss cable-stayed bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(5): 22-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.003
Citation: LI Yong-le, LI Xin, XIANG Huo-yue, LIAO Hai-li. Coupling vibration of wind-vehiche-bridge system for long-span steel truss cable-stayed bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(5): 22-27. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.003

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.003
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

详细信息
    作者简介:

    李永乐(1972-), 男, 河南洛阳人, 西南交通大学教授, 工学博士, 从事桥梁风工程及车桥耦合振动研究

  • 中图分类号: U441.3

Coupling vibration of wind-vehiche-bridge system for long-span steel truss cable-stayed bridge

More Information
    Author Bio:

    LI Yong-le(1972-), male, professor, PhD, +86-28-87601119, lele@swjtu.edu.cn

  • 摘要: 以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s-1, 车速达到100km.h-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。

     

  • 图  1  桥梁总体布置

    Figure  1.  General arrangement of bridge

    图  2  主梁横断面

    Figure  2.  Transverse section of girder

    图  3  交叉滑槽系统

    Figure  3.  Cross slot system

    图  4  不同车速下的车辆响应

    Figure  4.  Vehicle responses at different vehicle speeds

    图  5  第1辆车的横向加速度

    Figure  5.  Transverse acceleration of first vehicle

    表  1  结构动力特性

    Table  1.   Structural dynamic characteristics

    序号 频率/Hz 振型描述
    1 0.361 主梁一阶正对称横弯
    2 0.366 主梁一阶正对称竖弯
    3 1.000 主梁扭转
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    表  2  车辆和桥梁各自的三分力系数

    Table  2.   Three-component coefficients of vehicle and bridge

    系数 CH CV CM
    桥梁 桥上无车时 0.815 0.262 0.076
    车辆位于迎风侧 0.809 0.176 0.098
    车辆位于背风侧 0.782 0.142 0.094
    车辆 独车测试, 无桥 1.003 0.796 -0.110
    车辆位于迎风侧 0.921 1.083 -0.070
    车辆位于背风侧 0.855 1.177 -1.010
    桥梁+双车(迎风侧车) 0.901 -0.200 0.557
    桥梁+双车(背风侧车) 0.451 0.375 -0.499
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    表  3  不同风速下车辆和桥梁响应的最大值

    Table  3.   Maximum responses of vehicle and bridge at different wind speeds

    平均风速/(m·s-1) 0 10 15 20 25
    桥梁 跨中横向位移/mm 1.934 4.822 8.896 18.135 26.963
    跨中竖向加速度/(m·s-2) 0.198 0.191 0.284 0.220 0.365
    车辆 横向加速度/(m·s-2) 1.197 1.199 1.206 1.295 1.374
    竖向加速度/(m·s-2) 1.629 1.638 1.383 1.706 1.753
    倾覆系数 0.347 0.363 0.369 0.482 0.607
    轮重减载率 0.392 0.411 0.407 0.540 0.664
    脱轨系数 0.340 0.348 0.306 0.396 0.425
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    表  4  不同车速下桥梁跨中响应

    Table  4.   Midspan responses at different vehicle speeds

    车速/(km·h-1) 横向位移/mm 竖向加速度/(m·s-2) 横向加速度/(m·s-2)
    80 25.435 0.166 0.092
    100 27.108 0.256 0.104
    120 26.963 0.365 0.123
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    表  5  不同车辆位置时车辆响应

    Table  5.   Vehicle responses at different vehicle positions

    车辆位置 加速度/(m·s-2) 轮重减载率 脱轨系数
    竖向 横向
    迎风侧 1.753 1.374 0.664 0.425
    背风侧 1.841 1.478 0.585 0.456
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    表  6  不同车载状态下车辆响应

    Table  6.   Vehicle responses at different vehicle load states

    车载状态 加速度/(m·s-2) 倾覆系数 轮重减载率 脱轨系数
    竖向 横向
    空载 1.197 1.629 0.347 0.392 0.340
    超员 0.851 1.103 0.219 0.235 0.260
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    表  7  不同车载状态下桥梁跨中响应

    Table  7.   Midspan responses at different vehicle load states

    车载状态 横向位移/mm 竖向加速度/(m·s-2) 横向加速度/(m·s-2)
    空载 1.934 0.198 0.120
    超员 2.637 0.250 0.129
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  • 收稿日期:  2012-05-08

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