移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析

移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析

摘要：桥梁在建成后的正常使用当中，一般是承受车辆行人等移动荷载，因此分析桥梁的稳定受力，移动荷载的分析时不可避免的。实际桥梁做此分析显得十分困难，不过借助当前的数值分析软可以很好的进行模拟分析。文章主要借助商业设置软件ANSYS计算分析桥梁在移动荷载作用下的强迫振动，主要比较分析桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应，得出在该移动荷载作用下桥梁的变形和应力，分析结果可为桥梁设计提供参考。

关键词：动态响应；移动荷载；ANSYS；数值分析

引言

大型工程的设计必须要经过前期的理论计算分析，确保桥梁的设计可行。一般手段有试验，理论计算，经验等等，但是诸如桥梁、水电站这类大型工程理论计算工作量非常大，试验有无法合理进行因为模型过于庞大，每座工程都的独一无二导致无所谓的经验借鉴。但是数值软件的出现很好的解决了这些问题，前期通过数值软件的仿真计算，可以模拟各种工程条件和设计的运行情况，为工程设计提供方便。本文所采用的ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。该软件广泛应用于汽车工业、桥梁建筑、重型机械、微机电系统等领域。

随着交通事业的迅猛发展，桥梁的跨度越来越大，大荷载高速汽车通过桥梁时对桥梁的动力作用问题更为突出。在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形和应力都是会比荷载静止时大。移动荷载的这种动力效应是不可忽略的，如果在荷载处于最不利的静止作用位置的同时又满足共振条件，那么将会发生很大的动态响应，极有可能导致桥梁的破坏。在移动荷载作用下，桥梁将产生振动和冲击等动力效应，近年来不少专业人员都力求探讨怎样从理论上确定移动车辆荷载下桥梁的动态响应。

1.桥梁车辆振动分析的古典理论

（1）匀速移动常力的作用

桥梁一般可视作一简支梁（设长为），将设简支梁上作用以速度匀速向右运动的常力，假设忽略移动荷载本身的质量，，位于左边的支承出，移动到右边的支承，由相关的振动知识可得出简支梁的动力响应表达式为：

式中，为简支梁各阶固有频率，为移动常量的广义扰动频率，括号中的前一项表示强迫振动，后一项为自由振动。

（2）匀速移动简谐力的作用

蒸汽机车通过铁路桥梁的时候，其驱动轮的不平衡重量产生的锤击力是一种非常典型的移动简谐力。汽车在桥头受到由于路面不平的激励后以该车的固有频率发生振动而通过桥梁时，汽车的惯性力同样是一种简谐力，所以也进一步说明了讨论这种移动的简谐力带来的强迫振动是十分有必要的。其动力相应同样有相关理论公式，具体有参考相关专著，在此不作赘述。如果荷载的质量与桥梁的质量比较很小的话，很明显荷载对量的作用就等于其重力减去质量的惯性力。

（3）桥梁车辆振动分析的现代理论

自20 世纪70 年代起，电子计算机和有限元法出现和大量应用，使得现在车辆振动分析理论的主要特点是：考虑更加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限条模型。同时，着重研究桥面的不平整对载荷动力效应的影响。这一时期出现的主要理论有：多辆车辆模型的作用、有限条法和模态分析法的应用。

2.有限元模型分析的基本步骤

ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。其使用的一般也是按照这三个模块来进行处理的。首先是前处理模块，提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；其次是分析计算模块，包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；最后就是后处理模块，将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

3.工程实例分析

3.1工程模型简化

进行有限元数值模拟分析，首先就是要按照有限元的相关假设对实际工程进行简化，建立有限元模拟。对汽车施加于桥的载荷给出两种假设：(1)将移动汽车简化为无质量的匀速移动常量力；(2)考虑到路面的不平整，汽车重量简化为简谐作用力，同时将单跨桥简化为简支梁。将整个简支梁划分为100个单元，车子的前后轮之间包含 2.56/(32/100)=8个单元。简化后的基本参数：桥梁的弹模2.07e11，泊松比0.3，密度2000,；梁长32，面积0.1，惯性矩0.0001/12，高0.1；车轮的间距2.56；荷载为2000，简谐力，移动速度为120km/h，参数的单位均为国际单位制。

3.2求解分析

在建立好有限元模型之后，分别进行匀速常量力和匀速简谐力情况下的加载与求解。具体的加载步骤和软件计算分析的命令流在此限于篇幅不做赘述，下面

将着重分析结果。

（1）简支梁位移响应分析

如图1所示，为匀速常量力作用下得到的跨中结点的位移变化图。很明显，跨中结点的最大位移响应出现在移动荷载即将要离开梁的时候，这一模拟结果与相关的理论分析结果是一致的。同样可得到梁在匀速简谐力作用下跨中结点的位移响应如图2所示。

图1 常量力跨中结点位移图2 击振频率为10跨中结点的位移

比较两图，可以发现其最大位移都是发生在移动荷载即车将要离开梁的时刻，不过图中可以看出常量力产生的最大位移比简谐力要大，这主要是与简谐力的击振频率有关。因此，笔者还做了频率为5和20时的位移响应，得出当频率增大或减小至接近与梁的固有频率时，将发生共振而使得荷载在离开梁时的时刻发生的位移响应最大，实际中如果发生这一现象将造成桥梁破坏。

（2）梁的响应速度分析

将位移变量进行求导便可得到速度响应，图3即为匀速常量力作用下的速度响应，同样步骤可得到简谐力作用下的速度响应。

图3 跨中结点速度响应图4 梁的静力作用扰度

（3）移动荷载与静力荷载的比较

将车子的重量2000分两部分作用在#47结点和#54结点上（每个结点加1000），进行静力分析后，可以得到如图4所示的结点位移分布图。由图可知，跨中的最大位移为-0.195，而图1所示的匀速常量力作用下跨中产生的最大位移为-0.14，但是出现的时间是在荷载即将离开桥面的时候，很明显在桥梁的静力分析之外，必须考虑桥梁在移动荷载作用下的动态分析。

结论

不管移动荷载的速度是多少，整个桥梁的最大动挠度都发生在跨中左右。移动荷载的激振效果仅对桥梁的一阶频率起显著作用，高阶成分的影响不明显移动荷载作用下的挠度曲线是以一定的频率围绕静挠度线的一种类正弦波动。随着速度的上升，波动的幅值也变大，频率越来越低，周期就长。最大动挠度并不一定发生在当移动荷载位于跨中时，可能发生在移动荷载经过在跨中位置的前后时刻。

参考文献

【1】王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社.2007.

【2】胡伟鹏,邓子辰,吴子燕,侯秀慧. 桥梁在移动荷载作用下动力学响应的广义多辛算法[J]. 振动与冲击. 2008(04).

【3】张亚辉,张守云,赵岩,宋刚,林家浩. 桥梁受移动荷载动力响应的一种精细积分法[J]. 计算力学学报. 2006(03).

【4】蒲军平,王晓臣. 梁桥受移动荷载作用的数值模拟[J]. 浙江工业大学学报. 2007(02).

土木工程中桥梁动力特性分析的方法指导

土木工程中桥梁动力特性分析的方法 指导 桥梁是土木工程中重要的结构，用于连接两个地点并承载 各种交通载荷。在桥梁设计和施工过程中，了解桥梁的动力特性对于确保其安全和可靠性至关重要。本文将介绍土木工程中桥梁动力特性分析的方法指导，以帮助工程师和设计师更好地理解和评估桥梁的行为。 1. 桥梁动力学模拟方法 桥梁动力学模拟方法是桥梁动力特性分析的重要工具。它 利用数值模型和仿真技术，模拟桥梁在不同荷载下的动态响应。其中，有限元法是一种常用的桥梁动力学模拟方法。通过将桥梁划分为有限个小单元，建立桥梁结构动态方程，可以计算桥梁的振动频率、振型和动力响应等重要参数。 2. 模态分析 模态分析是桥梁动力特性分析的基本方法之一。它通过计 算桥梁的固有频率和振型，来了解桥梁在自由振动状态下的动态特性。通过模态分析，可以确定桥梁的主要振型及其对应的固有频率，从而为桥梁的设计和施工提供指导。

3. 响应谱分析 响应谱分析是桥梁动力特性分析的另一种重要方法。它通过建立地震作用下桥梁的动力方程，计算桥梁在地震作用下的动态响应。响应谱分析考虑了地震的频谱特性，可以准确评估桥梁在地震荷载下的动态性能。这对于位于地震活跃区域的桥梁来说尤为重要。 4. 动车组荷载分析 在高速铁路桥梁设计中，动车组的荷载是必须要考虑的因素。动车组荷载分析是桥梁动力特性分析的一个重要方面。它通过建立动车组、铁轨和桥梁的耦合动力方程，计算桥梁在动车组荷载下的动态响应。通过动车组荷载分析，可以评估桥梁在高速列车行驶过程中的振动和动态行为。 5. 风荷载分析 风荷载是桥梁设计中必须考虑的一个重要荷载。风荷载分析是桥梁动力特性分析的一个重要内容。它通过建立桥梁在风荷载作用下的动力方程，计算桥梁在风荷载下的振动和变形。风荷载分析对于桥梁的抗风设计和结构安全性评估具有重要意义。

移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析

移动荷载作用下桥梁的动态响应数值分析 摘要：桥梁在建成后的正常使用当中，一般是承受车辆行人等移动荷载，因此分析桥梁的稳定受力，移动荷载的分析时不可避免的。实际桥梁做此分析显得十分困难，不过借助当前的数值分析软可以很好的进行模拟分析。文章主要借助商业设置软件ANSYS计算分析桥梁在移动荷载作用下的强迫振动，主要比较分析桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应，得出在该移动荷载作用下桥梁的变形和应力，分析结果可为桥梁设计提供参考。 关键词：动态响应；移动荷载；ANSYS；数值分析 引言 大型工程的设计必须要经过前期的理论计算分析，确保桥梁的设计可行。一般手段有试验，理论计算，经验等等，但是诸如桥梁、水电站这类大型工程理论计算工作量非常大，试验有无法合理进行因为模型过于庞大，每座工程都的独一无二导致无所谓的经验借鉴。但是数值软件的出现很好的解决了这些问题，前期通过数值软件的仿真计算，可以模拟各种工程条件和设计的运行情况，为工程设计提供方便。本文所采用的ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。该软件广泛应用于汽车工业、桥梁建筑、重型机械、微机电系统等领域。 随着交通事业的迅猛发展，桥梁的跨度越来越大，大荷载高速汽车通过桥梁时对桥梁的动力作用问题更为突出。在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形和应力都是会比荷载静止时大。移动荷载的这种动力效应是不可忽略的，如果在荷载处于最不利的静止作用位置的同时又满足共振条件，那么将会发生很大的动态响应，极有可能导致桥梁的破坏。在移动荷载作用下，桥梁将产生振动和冲击等动力效应，近年来不少专业人员都力求探讨怎样从理论上确定移动车辆荷载下桥梁的动态响应。 1.桥梁车辆振动分析的古典理论 （1）匀速移动常力的作用 桥梁一般可视作一简支梁（设长为），将设简支梁上作用以速度匀速向右运动的常力，假设忽略移动荷载本身的质量，，位于左边的支承出，移动到右边的支承，由相关的振动知识可得出简支梁的动力响应表达式为： 式中，为简支梁各阶固有频率，为移动常量的广义扰动频率，括号中的前一项表示强迫振动，后一项为自由振动。 （2）匀速移动简谐力的作用

桥梁荷载试验方案及数据分析

桥梁荷载试验方案及数据分析桥梁是交通运输的重要组成部分，承载着车辆和行人的重量。为了确保桥梁的安全性和可靠性，荷载试验是必不可少的一项工作。本文将介绍桥梁荷载试验的方案和数据分析方法。 一、荷载试验方案 1. 试验目的 桥梁荷载试验的主要目的是验证桥梁的强度和刚度，评估其对不同荷载情况下的响应。通过试验，可以获取桥梁在实际使用条件下的应变、挠度等数据，为桥梁设计和维护提供依据。 2. 试验对象 选择合适的试验对象是试验方案设计的关键。应根据桥梁的类型、跨度、荷载等级等因素进行选择。通常选择具有代表性的桥梁进行试验，以保证试验结果的可靠性和普适性。 3. 试验荷载 试验荷载是桥梁荷载试验中的重要参数。根据桥梁所处的使用条件和设计要求，确定适当的试验荷载。常见的试验荷载包括静载、移动荷载和动态荷载等。 4. 试验方案

试验方案应包括试验荷载的选择与加载方式、试验仪器与设备的布置与校准、试验过程控制与数据采集等内容。试验方案应合理设计，确保试验的科学性和可操作性。 二、数据分析方法 1. 数据采集 数据采集是桥梁荷载试验过程中的关键环节。试验中应设置合适的传感器和仪器设备，实时监测桥梁的应变、挠度和变形等参数，并将数据记录下来。数据采集的频率和精度应根据试验要求进行设置。 2. 数据处理 试验结束后，需要对采集到的数据进行处理。数据处理的方法可以采用统计分析、振动模态分析、有限元分析等。根据桥梁的结构特点和试验目的，选择合适的数据处理方法，提取有用的信息。 3. 数据分析 数据分析是桥梁荷载试验中的重要环节。通过对试验数据的分析，可以评估桥梁的结构性能和受荷情况，为桥梁设计和改进提供参考依据。常用的数据分析方法包括应变-挠度曲线分析、动态响应分析和疲劳寿命评估等。 三、结论 桥梁荷载试验方案的设计和数据分析是保证桥梁结构安全和可靠性的重要手段。通过合理设计试验方案和科学分析试验数据，可以全面

midasCivil在桥梁承载能力检算和荷载试验中的应用(以Civil_V2012为例)

目录 1桥梁承载能力检算评定 (2) 1.1检算总述 (2) 1.2作用及抗力效应计算 (2) 2桥梁荷载试验 (7) 2.1静载试验 (7) 2.1.1确定试验荷载 (7) 2.1.2试验荷载理论计算 (10) 2.1.3试验及数据分析 (13) 2.1.4试验结果评定 (16) 2.2动载试验 (17) 2.2.1自振特性试验 (17) 2.2.2行车动力响应试验 (19) 2.2.2.1移动荷载时程分析 (19) 2.2.2.2动力荷载效率 (31) 2.2.3试验数据分析及结构动力性能评价 (32) 参考文献 (33)

结合公路桥梁承载能力检测评定规程，应进行桥梁承载能力检算评定，判断荷载作用检算结果是否满足要求。另外如果作用效应与抗力效应的比值在1.0——1.2之间时，尚需根据规范规定进行荷载试验评定承载能力。下面将对midas Civil在桥梁承载能力检算评定及荷载试验中的应用详细叙述。 1桥梁承载能力检算评定 1.1检算总述 进行桥梁承载能力检测评定时需要进行（1）桥梁缺损状况检查评定（2）桥梁材质与状态参数检测评定（3）桥梁承载能力检算评定。通过（1）、（2）及实际运营荷载状况调查，确定分项检算系数，根据得到的分项检算系数，对桥梁承载能力极限状态的抗力及正常使用极限状态的容许值进行修正，然后将计算作用效应值与修正抗力或容许值作对比，判断检算结果是否满足要求。一般来说承载能力检算主要包括抗弯、正斜截面抗剪承载力检算、裂缝宽度检算、挠度检算、稳定性验算等。 1.2作用及抗力效应计算 为得到检测桥梁在荷载作用下的计算效应值，可以通过midas Civil进行计算分析得到。对于预应力混凝土及钢筋混凝土等配筋混凝土桥梁，为得到结构抗力效应值，可以结合PSC设计、RC设计验算得到相应抗力值。前处理当中需要考虑自重、二期及其他恒载、预应力荷载、成桥时候的温度作用（整体升降温+梯度升降温）、移动荷载、支座沉降（根据实测得到的变位定义）等荷载作用；定义

桥梁结构的动态响应分析研究

桥梁结构的动态响应分析研究随着城市建设的不断发展和车辆数量的不断增加，桥梁作为重 要的交通运输设施，越来越受到人们的关注。在桥梁工程中，监 测桥梁结构的动态响应是一项十分重要的工作。动态响应分析能 够帮助工程师预测桥梁结构在不同的负荷下的响应情况，为桥梁 的设计、维护和保养提供技术支持。 桥梁结构的动态响应 桥梁结构的动态响应是指桥梁受到外部载荷时的振动。桥梁结 构的动态响应会受到多种因素的影响，例如车辆荷载、地震、风等。这些因素都会引起桥梁结构的振动，进而引发桥梁的损坏和 破坏。因此，对桥梁结构的动态响应进行分析是桥梁设计、维护 和保养的重要环节。 桥梁结构的动态响应分析 桥梁结构的动态响应分析主要是通过对桥梁结构的振动响应进 行监测和分析，得出桥梁在不同荷载下的振动情况，包括振动振幅、频率等。该分析能够帮助工程师更好地了解桥梁结构的性能，并进一步确定桥梁的设计方案、保养方案和维护方案。下面我们 将分别介绍桥梁结构的动态响应监测和分析方法。 桥梁结构的动态响应监测

桥梁结构的动态响应监测通常是通过在桥梁上安装一些传感器进行测量来实现的。这些传感器可以测量桥梁结构的振动振幅、频率等信号。传感器的种类包括位移传感器、加速度传感器、力传感器等。位移传感器可以测量桥梁某一点的位移变化，加速度传感器可以测量桥梁某一点的加速度变化，力传感器可以测量桥梁某一点的力变化。 桥梁结构的动态响应分析 桥梁结构的动态响应分析可以通过计算机模拟进行。在计算机模拟过程中，需要使用有限元方法来建立桥梁结构的数学模型，并在模型中添加荷载和材料性能等参数。通过对这些参数的修改和优化，可以得到桥梁在不同荷载下的振动响应情况。主要的分析方法包括频域分析和时域分析两种。 频域分析 频域分析是指对桥梁结构振动信号进行频率分析得到频率谱，并结合桥梁结构的特性将其与理论计算进行对比，从而确定桥梁结构的振动特性。频域分析可以通过傅里叶变换将时间域的振动信号转换成相应的频率域信号进行分析。 时域分析 时域分析是指通过建立桥梁结构的微分方程，根据桥梁结构的动力学性质，求解桥梁结构的响应过程。这种方法可以通过数值

桥梁结构的荷载响应与安全评估

桥梁结构的荷载响应与安全评估随着城市化的迅速发展，桥梁结构在现代交通中扮演着重要的角色。作为交通运输的关键组成部分，桥梁结构必须能够承受各种荷载并保 障安全。本文将探讨桥梁结构的荷载响应与安全评估，旨在提供关于 桥梁结构设计与维护的重要信息。 一、桥梁结构荷载分类 桥梁结构所承受的荷载通常可分为静态荷载和动态荷载两类。静态 荷载包括自重、道路表面荷载、桥墩重力等，而动态荷载则包括行车 荷载、风荷载等。了解不同类型的荷载对桥梁结构的影响，是进行荷 载响应与安全评估的基础。 二、荷载响应分析 1. 静态荷载响应分析 静态荷载响应分析主要考虑荷载对桥梁结构造成的静态应力和变形。通过建立结构模型，引入各项荷载参数，可以分析荷载对桥梁结构造 成的力学效应，如应力和变形。该分析方法可以通过计算和模拟进行，以评估桥梁结构的稳定性和安全性。 2. 动态荷载响应分析 动态荷载响应分析主要考虑荷载在桥梁结构上产生的振动效应。行 车荷载和风荷载等动态荷载会对桥梁结构产生周期性振动，并可能引 起共振现象。通过模拟行车过程或风的作用，可以计算得到桥梁结构

的振动响应，并评估其造成的影响。这对于桥梁结构的设计和安全性 分析具有重要意义。 三、桥梁结构安全评估 桥梁结构的安全评估是确保结构在使用过程中能够承受荷载并保持 良好性能的重要环节。 1. 结构强度评估 结构强度评估主要考虑荷载在桥梁结构上引起的应力水平。通过计 算桥梁结构受力情况，包括静态和动态荷载的影响，可以确定结构各 个部位的应力状态，并进行强度评估。这有助于了解结构的抗弯、抗 压等性能，并基于这些评估结果来指导结构的改进和维护。 2. 结构振动评估 振动评估是针对动态荷载引起的桥梁结构振动效应进行的。通过模 拟行车荷载或风荷载对桥梁结构的影响，可以计算得到结构的振动响应，并进行振动评估。该评估有助于判断结构的稳定性和振动舒适性，针对问题提出相应的解决方案，以确保结构的安全使用。 四、桥梁结构荷载响应与安全评估的实践应用 桥梁结构的荷载响应与安全评估在工程实践中具有重要应用。它为 桥梁结构的设计、施工和维护提供了科学依据。 例如，在桥梁设计阶段，荷载响应与安全评估可以指导设计师选择 合适的材料和结构形式，并对结构进行优化。同时，对于现有桥梁的

桥梁结构数值分析

桥梁结构数值分析 桥梁是连接城市和地区各种交通方式的重要设施，是现代社会发展的必要条件。然而，由于桥梁结构的复杂性和特殊性质，使得其结构设计和维护工作变得非常棘手。因此，数值分析成为桥梁结构设计和维护工作中必不可少的一部分。 一、桥梁结构数值分析的概念 桥梁结构数值分析是指利用数学和计算机模拟等手段，通过建立模型对桥梁的 应力、变形、疲劳、振动等因素进行分析和评估的过程。这种分析可以帮助设计师和工程师了解结构在各种负载条件下的响应情况，以确定最优的设计和维护方案，提高结构的安全性和可靠性。 二、桥梁结构数值分析的方法和工具 1. 建立结构模型 建立桥梁结构模型是数值分析的第一步。现代建模软件使得建立3D模型变得 快速和容易。建模技术可以将现实中的结构转化为数字化的结构，以进行数值分析和仿真。 2. 选择分析方法 桥梁结构数值分析的方法包括有限元分析、有限差分，等方法。有限元分析是 使用较广泛的分析方法。此方法将整个结构分为许多元素，通过计算每个元素的行为和相互作用，以确定整个结构的响应。而有限差分分析则将结构分为许多可计算时间和空间离散点，通过求解微分方程的某种不同形式来模拟其响应。 3. 进行分析和评估 当结构模型被建立并且分析方法被选择后，桥梁结构数值分析程序可以对结构 的行为进行分析和评估，以确定结构在负载下的响应，例如应力、变形和振动等因

素。分析结果可以与行业标准进行比较，以确定桥梁结构是否符合要求。如果结构在某些方面存在问题，则可以考虑如何改进设计，提高结构的安全性和可靠性。三、桥梁结构数值分析的意义和应用 桥梁结构数值分析的意义在于，它可以帮助工程师和设计师了解桥梁结构在施工和负载条件下的表现。这有助于确定桥梁的设计和维护方案，提高结构的安全性和可靠性。此外，桥梁结构数值分析也被广泛应用于桥梁结构的改进和优化设计。 四、结论 桥梁结构数值分析是现代桥梁结构设计和维护的重要组成部分。它可以帮助工程师和设计师了解桥梁结构在施工和负载条件下的表现，以确定最佳的设计和维护方案。此外，桥梁结构数值分析也可以应用于桥梁结构的改进和优化设计。尽管数值分析技术在桥梁设计和维护过程中发挥了重要作用，但是研究人员需要在不断变化的技术环境中不断创新，以确保其始终保持先进性和可靠性。

桥梁结构的动力响应分析

桥梁结构的动力响应分析 桥梁是连接两个地区的重要交通工具，承受着车辆和行人的巨大荷载。在日常 使用中，桥梁结构会受到各种动力作用的影响，如行车振动、地震等，这些作用会导致桥梁的动力响应。因此，对桥梁结构的动力响应进行分析具有重要意义，可为桥梁的设计和维护提供依据。 桥梁结构的动力响应可以理解为结构在受到外力作用时的反应。动力响应的分 析可以通过数学建模和计算方法来完成。在模型建立时，需要考虑桥梁结构的几何特征、材料性质以及外部载荷等因素。针对不同的桥梁类型，可以采用不同的动力响应分析方法，如模态分析、频率响应分析等。 模态分析是一种常用的动力响应分析方法。它通过求解桥梁结构的振型和频率，来获得结构在不同模态下的响应。在进行模态分析时，首先需要建立桥梁的有限元模型。有限元模型将桥梁结构离散成一系列的节点和单元，节点代表结构的位移自由度，单元代表结构的刚度和质量。接下来，需要确定桥梁结构的边界条件和荷载情况。通过解析有限元方程，可以得到桥梁结构的振型和频率，进而获得桥梁在不同模态下的动力响应。 频率响应分析是另一种常用的动力响应分析方法。它通过求解结构在一定频率 范围内的响应，来了解结构对频率变化的敏感性。频率响应分析的关键是确定结构的频率响应函数。频率响应函数描述了结构在受到谐振激励时的响应特性。与模态分析类似，进行频率响应分析时也需要建立桥梁的有限元模型，并确定边界条件和荷载情况。通过求解有限元方程，可以获得桥梁结构在一定频率范围内的响应。 除了模态分析和频率响应分析，还可以采用时程分析等方法进行桥梁结构的动 力响应分析。时程分析是一种基于时间的分析方法，通过考虑结构的初始条件和外部载荷的时变特性，来获得结构在不同时间点上的响应。时程分析可以考虑到荷载的突变和变化速率等因素，更加贴近实际工况。

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究

不同移动载荷速度下简支桥梁的变形及振动响应研究 闫镜宇;李顺才;梁丽 【摘要】利用奇异函数,基于梁挠曲线近似微分方程及横向强迫振动的微分方程,分别利用积分法及分离变量法推导出移动载荷作用下简支桥梁的弯曲变形方程及振动响应方程.应用Mathcad软件,研究不同移动载荷速度对简支梁静、动态变形的影响规律.结果表明:随移动载荷速度的增加,在相同时间内,简支梁的最大挠度和最大振动位移先增大后减小,呈近似抛物线规律分布;对于简支梁的给定截面,其最大静挠度不随载荷移动速度的改变而变化,但达到最大挠度所需的时间随着载荷移动速度的增大而减少;移动载荷速度一定时,简支梁不同截面最大挠度值随载荷的移动方向呈先增大后减小的趋势.%Bending deformation equation and vibration response equation of simply supported bridge under moving load is derived respectively with integral and variables separation methods and by use of singular function which is based on beam deflection line approximate differential equation and lateral forced vibra-tion differential equation.The affecting rule of different moving load speed versus simply supported beam still and dynamic deformation is studied with Mathcad software,and the result shows that:in same time, with moving load speed increasing,maximum deflection and maximum vibration displacement of simply supported beam first increase and then decrease,presenting similar to parabola rule distribution;for given section of simply supported beam,its maximum static deflection doesn't change with load moving speed changing,but the time needed to get to maximum deflection decreases with load moving speed increasing;under certain moving load

桥梁结构动力响应试验探究

桥梁结构动力响应试验探究 1.工程概况 某在役公路桥梁上部构造采用4×20m预应力空心板简支梁桥，下部结构为钻孔灌注桩及埋置式桥台，柱式扩大基础桥墩。桥面宽12m，铺装采用C40防水混凝土。该桥荷载等级为公路Ⅱ级。桥梁宽度为净11m+2×0.5m防撞栏杆，桥面双向2%横坡，通过调节支座垫石高度形成横坡。所在地区的地震动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期为0.35s。 2. 动载试验分析 桥梁结构的动力特性，如固有频率、阻尼系数和振型等，只与结构本身的固有性质有关，是结构振动系统的基本特征。桥梁动载试验就是要从大量的实测数据信号中，了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动和突发荷载作用的能力，综合评价桥梁结构的动力特性及动力响应。揭示桥梁结构振动的内在规律，以判断结构的实际工作状态，同时也为使用阶段结构评估积累原始数据。 2.1 试验目的 桥梁动力荷载试验的目的是测定桥梁结构的动力特性，即桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等桥梁结构模态参数；测定桥梁结构在汽车动荷载作用下的强迫振动响应，即桥梁结构的动位移、动应力、冲击效应等。通过动载试验和理论分析来了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件。结合桥梁静力荷载试验结果，对桥梁质量做出合理的评价，为桥梁运营管理及改造提供科学的依据。 2.2 试验内容及控制截面选择 桥梁动载试验的测试内容包括脉动试验、跑车试验、跳车试验、刹车试验。 （1）脉动试验：在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系统测定风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微小振动响应，测得结构的自振频率和阻尼比等动力学特征。 （2）跑车试验：试验时采用1辆重300kN的试验车并排横向对称布置，分别以10km/h、20km/h、30km/h的速度通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。通过动力测试系统测定桥跨结构主

移动荷载作用下桥梁动态响应的数值模拟

移动荷载作用下桥梁动态响应的数值模拟 张亚宾;陈超;刘颖姣 【摘要】对车桥系统耦合振动理论进行了分析,研究了桥梁在移动车辆荷载作用下的强迫振动,分析其共振条件及移动荷载作用下桥梁的行为特性,并采用数值模拟计算的方法,比较了桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应,得出在移动荷载作用下桥梁产生的变形和应力,为桥梁的设计提供依据. 【期刊名称】《河北联合大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2011(033)002 【总页数】5页(P170-174) 【关键词】移动荷载;动态响应;数值模拟 【作者】张亚宾;陈超;刘颖姣 【作者单位】河北联合大学资源与环境学院,河北唐山063009;河北联合大学资源与环境学院,河北唐山063009;河北联合大学轻工学院,河北唐山063000 【正文语种】中文 【中图分类】U441+.2 在移动荷载作用下,桥梁将产生振动、冲击等动力效应,如何从理论上确定移动车辆荷载下桥梁的动态响应,一直为工业界所关注。随着交通事业的迅猛发展,桥梁的跨度越来越大,大荷载高速汽车通过桥梁时对桥梁的动力作用问题更为突出。确定车辆与桥梁之间的相互作用力的传统方法有两种:⑴用仪器直接测量得到;⑵通过车桥

耦合模型计算得到。用仪器直接测量相互作用力不但费用昂贵,而且测量容易发生偏差;通过车桥耦合模型计算得到的车桥相互作用力,其准确性直接取决于所选的车桥模型[1]。本文结合最具典型意义的桥梁车辆振动分析理论,进一步探讨在移动车辆荷载作用下桥梁振动的基本现象和机理,利用有限元软件实现车桥耦合振动分析的数值方法,从而弥补了上述两种方法的不足之处。 1 车桥系统耦合振动理论分析 自1849年R.w iuis开始从理论及试验上研究桥梁的振动问题以来,桥梁车辆振动研究不断发展,各种理论体系不断涌现。尤其是随着计算机的广泛应用,桥梁车辆振动的研究更加接近于真实情况。 1.1 匀速常量力作用 俄国学者K ry lov AN研究了在匀速常量力作用下简支梁的振动问题。研究表明,相对于跨度较大的桥梁而言,移动车辆荷载的质量可忽略不计,从而可避免变系数微分方程求解的困难[2]。 简支梁在外荷载F(x,t)作用下的振动方程可表示为: 式中:E I—梁的抗弯刚度,假定为常数; m—梁单位长度质量,假定为常数,其解耦的强迫振动方程为 式中:—振型函数; wn—固有频率, 对于匀速移动的常最力,强迫振动方程可简化为: 动力响应表达式为

混凝土桥墩的动态响应分析研究

混凝土桥墩的动态响应分析研究 一、引言 混凝土桥墩是现代桥梁结构不可或缺的组成部分，承担着承载桥面荷载、抗风、抗震等作用。在桥梁设计中，桥墩的设计至关重要。而桥墩的动态响应分析研究则是保证桥梁结构安全可靠的重要技术手段之一。 二、混凝土桥墩的动态响应分析 1. 桥墩动力学基础 桥墩的动态响应分析需要基于桥墩的动力学基础。桥墩的动力学基础包括桥墩的自振频率、振型和阻尼等。 2. 桥墩动态响应分析方法 桥墩动态响应分析方法包括有限元法、模态分析法等。其中，有限元法是目前应用最为广泛的分析方法。 3. 桥墩动态响应分析指标 桥墩动态响应分析指标包括加速度响应、位移响应、应力响应等。这些指标可以反映桥墩在荷载作用下的动态响应情况。 三、影响桥墩动态响应的因素 1. 桥墩本身的结构形式 不同形式的桥墩对荷载的响应情况不同。例如圆形桥墩和矩形桥墩的

自振频率不同，响应方式也不同。 2. 荷载类型 荷载类型包括静载荷和动载荷。静载荷对桥墩的动态响应影响较小， 而动载荷则会导致桥墩的振动。 3. 桥墩的材料和尺寸 桥墩的材料和尺寸会影响桥墩的自振频率和振型，从而影响桥墩的动 态响应情况。 4. 地基条件 地基的刚度和阻尼会对桥墩的动态响应产生影响。地基刚度较大时， 桥墩的振动幅度较小；地基阻尼较大时，桥墩的振动会受到较大的阻 尼作用。 四、桥墩动态响应分析在桥梁设计中的应用 桥墩动态响应分析在桥梁设计中有重要的应用价值。通过桥墩动态响 应分析，可以确定桥墩的自振频率和振型，从而为桥梁设计提供重要 的参数。此外，桥墩动态响应分析还可以为桥梁的安全评估提供依据。 五、结论 桥墩动态响应分析是桥梁设计中不可或缺的技术手段。通过对桥墩的 动态响应情况进行分析，可以为桥梁设计提供重要的参数和依据，从 而保证桥梁结构的安全可靠。

动载荷作用下大跨度输煤栈桥振动响应分析

动载荷作用下大跨度输煤栈桥振动响应分析输煤栈桥作为输送骨料的主要型式,在煤矿、选煤厂、火电厂等工业领域使用十分广泛。由于栈桥在运营期间长期受到机械振动影响,导致栈桥振动响应过大。 因此本文以柠条塔煤矿输煤栈桥为研究对象,利用结构动力学理论计算与数值分析软件计算得到了栈桥的结构动力响应,对比柠条塔栈桥的实际监测情况,判断其计算结果的合理性,具体工作及主要结论如下:1.介绍输煤栈桥的结构组成及特点,根据栈桥结构特点栈桥视为简支梁,煤荷载视为多点移动简谐集中荷载,利用结构动力学Euler-Bernoulli梁基本理论,得到简支梁在移动简谐力作用下的位移响应解析式。利用MAPLE数学计算软件,计算得到柠条塔栈桥三种典型跨度栈桥(30m,33m,39m)的竖向振动响应曲线。 分析了梁体自身参数对其结构动力响应的影响,得到了梁体质量越小,结构动力响应就越小;梁体刚度越大,结构动力响应越小的基本规律。因此,可在栈桥结构设计中,通过适当降低梁体结构自重,或加强梁体结构刚度来减轻结构的动力响应。 2.通过对柠条塔栈桥现场动力响应监测,得到了栈桥不同工况条件下的结构动力响应值,选用相应的振动控制标准,对柠条塔栈桥实测数据进行对比分析,判断栈桥运行期间的安全性。 3.运用数值分析软件对柠条塔煤矿输煤栈桥结构进行模态分析、时程分析、频域分析,从而获得输煤栈桥的动力响应规律。 在模态分析中,得到了栈桥结构一阶振型是水平向振动,二阶振型是竖向弯曲,三阶振型为横向扭转,并对影响栈桥自振的因素做了分析探究。在时程分析中,获得了 30m,33m,39m三种跨度的栈桥结构竖向位移及竖向加速度的最大值。

水平荷载作用下桥墩及桩基的静力与动力响应分析共3篇

水平荷载作用下桥墩及桩基的静力与 动力响应分析共3篇 水平荷载作用下桥墩及桩基的静力与动力响应分析1 1、前言 随着城市交通发展的不断推进，现代桥梁越来越高、越来越大。桥墩 作为桥梁的支撑点，承受着重大的荷载和力矩作用，对其静力与动力 响应分析具有十分重要的意义。本文主要分析水平荷载作用下桥墩及 桩基的静力与动力响应分析。 2、静力响应分析 2.1、桥墩静力分析 桥墩的静力学分析主要包括桥墩的受力状况和稳定性分析，主要涉及 到桥墩的内力分布、刚度分析、荷载搭接分布分析等内容。 根据牛顿第二定律，当水平荷载的作用力小于桥墩的抗倾覆力矩时， 桥墩将不倒塌而仅仅发生变形。因为桥墩的受力状态是复杂的，需要 利用力学原理进行分析。静力分析中，可采用工作图法、力平衡理论 等方法求得桥墩的静力响应，进而得到桥墩的内力分布情况。 2.2、桩基静力分析 桩基静力学分析主要涉及到桩基的受力状况、桩长、单桩承载力、桩 顶弯矩、桩顶剪力等内容。根据桥梁荷载的特点，如果桥墩支座属于 软土地区，通常采用深基础形式。深基础可以分为抗拔桩和摩擦桩两 种类型。在荷载作用下，桥墩的单桩承载力和桩长成正比关系。因此，

在设计过程中，需要根据桥梁类型、地质条件等因素合理进行桩长的 选择。 3、动力响应分析 3.1、桥墩动力分析 水平荷载不仅会引起桥墩的静力响应，还会引起桥墩的动力响应。动 力响应主要包括桥墩的振动、位移、加速度等。在水平荷载的作用下，桥墩会受到一定的横向振动作用，由此引起桥墩上方的跨径梁、桥面 铺装等构件的振动。 3.2、桩基动力分析 类似于桥墩动力响应，桩基的动力响应主要包括振动、位移、加速度等。在水平荷载的作用下，桥墩支座也会产生与框架结构不同的振动。桩桩之间相互影响，如果某一桩受到冲击会传递至其他桩上。因此， 需要对桩基的共振频率进行分析和特征值计算。 4、结尾 综合以上分析，水平荷载作用下桥墩及桩基的静力与动力响应分析是 桥梁设计中的重要内容。静力分析主要是通过力学原理对桥墩的受力 状况进行分析，得到桥墩的内力分布情况，而动力分析则是对桥墩和 桩基的振动、位移、加速度等响应进行研究。根据分析结果，可合理 设计桥墩结构及桩基，确保桥梁的安全性。 水平荷载作用下桥墩及桩基的静力与动力响应分析2 作为桥梁的基础设施之一，桥墩及桩基的承载力具有至关重要的意义。在水平荷载作用下，桥墩及桩基的静力与动力响应分析更是十分必要的。

人行悬索桥动荷载试验技术分析

人行悬索桥动荷载试验技术分析桥梁构造在移动的车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下会产生振动。受这些动力荷载因素的影响，桥梁构造产生的动力效应往往大于其静止作用在桥上所产生的静力效应。由于本桥为人行悬索桥，并且沿线没有汽车道路通至桥面上，常规的以汽车荷载为动力荷载的动载试验无法开展。为此，提出了以人行、人群跑动、和人车共同耦____用下的动力荷载试验技术。同时，本次动载试验还采用环境激励方式，检测本人行悬索桥的固有频率和振动模型。利用DH3817动静态应变测试分析系统，测量动载作用下该桥指定断面上的动应变或指定动挠度，并根据测的数据确定桥梁的冲击系数和动态增量。 1 动力荷载试验的内容 动态荷载试验主要是从动力的角度出发，通过记录和处理在动荷载作用下构造的固有基频、振型、冲击系数等参数，分析构造各方面的性质。动载试验主要是测试桥梁构造的自振特性、速度时程响应和受迫振动特性。 根据本人行悬索桥的实际情况，动力荷载试验的内容包括：最大振挠度、桥梁构造的振动应变、振动频率、桥梁动力冲击系数、桥梁构造的阻尼特性等。 2 动力荷载试验的方法 自振特性测试采用匀速人行、加速人群跑动、人车（手推车）共同耦合跑动、和人车共同耦合跳过障碍、人车共同耦合跳过障碍急停的方式。鉴于检测桥梁为大跨度人行悬索

桥，跑车测试利用一辆分别载重150kg、300kg的双轮手推车，以慢速（1.2m/s）和快速（2.4m/s）的速度匀速在检测桥跨行驶；行人测试是利用不用数量的人群以慢速（1.2m/s）和小跑（3m/s）的速度匀速在检测桥跨行走；跳车测试是利用一辆载重300kg的双轮手推车，使其分别以慢速（1.2m/s）和快速（2.4m/s）在一高约10cm的垫块上自由下落；刹车测试是利用一辆载重300kg的双轮手推车，以快速（2.4m/s）速度在跨中刹车。动载试验采用DH3817动态信号采集分析仪开展。动载测试时传感器布置在桥梁的跨中，传感器布置以及观测设备见图1。动力荷载试验激励工况如下表1所示。 3 构造动力理论分析 桥梁构造的振型、阻尼系数、固有频率等动力特性主要受其固有性质影响，与构造的其他性质关联不大，其中固有性质主要包括构造的组成形式、质量分布、刚度、支撑情况、材料性质等。构造动力特性作为构造的基本特性，是开展构造分析必需的参数。同时由于桥梁构造受到动荷载作用，其各项参数会发生变化，比方振幅、应力、位移、加速度以及反映构造整体动力的冲击系数等。因此可知，通过分析构造动力特性能够清楚地掌握桥梁构造在动荷载作用下的受力状态及动力作用对行人的舒适性。而分析构造动力特性最有效的方式是开展桥梁构造的动载试验，从试验中获得数据，通过分析和处理数据发现桥梁振动的内在规律，进而了解和掌握桥梁构造的动力性能。 利用动载试验，我们可以获得大量桥梁构造振动系统相

道路与桥梁试验中的动态荷载试验与振动响应分析研究

道路与桥梁试验中的动态荷载试验与振 动响应分析研究 摘要：道路和桥梁结构作为现代交通基础设施的重要组成部分，在使用过程中面临许多动态荷载的影响。这些荷载对结构的安全性、舒适性以及使用寿命都有着重要的影响。因此，对于道路与桥梁结构的动态荷载试验与振动响应进行深入研究与分析，具有重要的工程实践意义和理论指导作用。本文主要分析道路与桥梁试验中的动态荷载试验与振动响应研究。 关键词：道路桥梁施工；材料检测与管理；施工质量；应对措施；检测标准 引言 对道路桥梁施工材料进行检测，主要是对其成分进行分析与检测，对实施环境模拟测试及无损伤检测。部分检测还需要对机体体液进行分析，对材料引发的环境污染加以确定。当前，道路桥梁行业领域沿用过去的模式方法对施工材料进行检测管理，其已经难以满足现代的施工需要，且无法营造符合环保要求的工作环境。对此，有必要剖析道路桥梁施工材料检测与管理存在的问题，并立足于实践，积极探究有效措施加以解决。 1、道路与桥梁试验中的动态荷载试验 动态荷载试验是道路与桥梁试验中的一项重要内容，用于评估结构在实际运行条件下受到的动态荷载影响。动态荷载试验的主要目的是模拟和测量道路与桥梁结构在实际交通和其他动态荷载作用下的响应，并评估结构的动力特性、自振频率、共振现象以及结构的稳定性和耐久性。动态荷载试验中主要考虑的荷载类型包括车辆荷载、行人荷载、风荷载、地震荷载等。这些荷载的振幅、频率和载荷形式需要根据实际工况和设计要求进行合理选择。动态荷载试验需要使用专门的试验设备和仪器，例如振动台、振动锤、加速度计、传感器等。这些仪器可以记录和分析结构在荷载作用下的振动特性和响应。在进行动态荷载试验前，需要

钢-混凝土简支组合箱梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及冲击系数研究

钢-混凝土简支组合箱梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及冲 击系数研究 李运生;史莉莉;王铮峰 【摘要】由于钢-混凝土组合箱梁桥比同跨度的混凝土梁桥要轻,因此在车辆荷载作用下,车桥动力相互作用更加明显.为了更精确地分析其动力响应及冲击系数,采用ANSYS软件建立了钢-混凝土简支组合箱梁桥的车桥有限元模型,分析了不同车辆荷载作用下简支组合箱梁桥的动力特性；根据简支梁跨中的最大动位移与最大静位移之比,计算了不同结构参数下钢-混凝土简支组合箱梁桥的冲击系数.结果表明:在常见速度范围内,车辆过桥速度对冲击系数的影响总体呈上升趋势；对于同等跨度桥梁,双轮荷载激起的桥梁最大跨中挠度和冲击系数均比单轮荷载作用时小,但前者引起的跨中最大加速度远大于后者,且这种现象随荷载过桥速度的增大而明显.说明对于质量相对较轻的公路钢-混凝土组合箱梁桥,在冲击系数的确定中应考虑较高速度下不同车辆模型的影响.%Steel-concrete composite box beam bridges are lighter than the concrete bridges with same span, so the vehicle-bridge dynamic interaction will be more apparent. In order to analyze the dynamic response and impact factor of the steel-concrete composite box beams more accurately, the vehicle-bridge coupled finite models are established by ANSYS, and the basic dynamic responses are analyzed under different vehicle loads; Based on the ratio of the maximum dynamic deflection to the maximum static deflection at the middle span, the impact factors of simple steel-concrete composite box beams with different structural parameters are calculated. The results show that, in normal speed range, the influence of vehicle speed on the impact factors of simple