由于列车的运行速度大、荷载重、车身长,因此风⁃车⁃桥系统动力相互作用的研究最初始于铁路桥梁。 早在19 世纪,工程师们就对铁路桥上的风⁃列车⁃桥梁系统振动进行了研究。公路桥梁的风⁃汽车⁃桥梁系统振动研究相对于铁路桥梁滞后很多,但随着客运量及货运量的显著增长,汽车的车型尺寸不断增高增长,车辆的载重量不断突破新纪录。 与此同时,公路桥上的车辆密度一直在持续增长,汽车通过桥梁的速度越来越高,汽车和桥梁之间的振动越来越明显,因此,许多学者对风⁃汽车⁃桥梁系统振动开展了研究。
1)风⁃汽车⁃桥梁系统振动国内外研究状况
Chen 等将随机生成的交通车流通过等效动态车轮荷载作用在桥上,提出了更接近实际情况的基于半确定随机车流的风⁃汽车⁃桥梁耦合振动系统,并对一座长度为836.9 m的斜拉桥进行了分析。 Cheung 等将连续模拟技术(CST)模拟应用于风⁃汽车⁃桥梁系统的模拟,通过分析发现,在风的作用下,不仅仅是重型汽车过桥时易发生交通事故,轻型汽车在较低风速下过桥时也可能因失稳而发生事故,相同风速下不同类型车辆失稳原因和机理不同,同一类型车辆失稳原因和机理随着风速变化而发生变化。 Chan 等将连续模拟技术(CST)和局部迭代技术(PIP)相结合应用于风⁃汽车⁃桥梁系统的模拟,显著降低了程序运行时间,通过研究,发现斜拉桥的最高行车限速比箱形梁桥最高限速低,在安全风速下,车速、桥面粗糙度和车辆模型自由度对系统振动影响较大。 Argentini 等通过1/40 风洞模型试验研究了有无风障和不同风障下单个集装箱车经过桥塔时气流变化的情况,发现风障对车辆横向力和倾覆力矩影响较大。 Rocchi 等通过建立考虑驾驶员反应的单个集装箱车模型,应用时域分析法研究了横风作用下单个集装箱车经过桥塔时的安全性。 Kozmar 等通过研究发现当风作用于车辆的角度较大时,车辆受到的非定常力荷载主要是由脉动风的冲击特征频率决定的,车辆在桥上的位置对桥上行车安全有很大影响,迎风侧车辆更容易发生事故。 Guo 等通过在桥面和汽车轮胎之间引入一个阻尼器来考虑汽车在桥面上的侧滑响应。 Cai 等建立了一个6自由度的风⁃汽车⁃桥梁系统振动模型,该模型能分析汽车的点头、摇头和竖向响应。 韩万水建立了17 自由度和23 自由度车辆运动方程,针对不同天气下桥上行车限速做了评价。 马麟等引入驾驶员反应时间并将其量化,同时考虑了风速风向联合分布因素,建立了风荷载作用下桥上行车安全可靠度评价系统。 周立以桥梁的疲劳失效概率为切入点进行研究,结合Monte⁃Carol 法实现了汽车和风荷载同时作用的情况下桥梁主梁的疲劳失效概率分析。 陈晓东等建立了简化的侧风行车模型。 赵凯基于面向对象法编制了风⁃汽车⁃桥梁系统耦合振动分析程序(WVBroad),并评述了面向对象方法与面向过程方法的优缺点。 海贵春根据实测风速建立了简化的正弦侧风模型,验证了侧风对汽车操纵稳定性的影响将直接影响汽车的高速行驶安全性。 赵利苹等通过风洞试验得到了小客车和集装箱车在均匀流场下受到的风作用力,得到了不同风速和设计速度条件下小客车和集装箱的限速值。 何杰等进行了整车仿真试验,分析了不同天气下安全行车差别。(www.daowen.com)
2)研究风⁃汽车⁃桥梁的必要性
桥上安全行车与很多因素有关。 主梁跨径的增加令桥梁柔性增大,受到外界荷载干扰时振动幅度更加明显,当车辆过桥时会增加驾驶员及乘客的不舒适感。 当出现不良天气时,桥梁限速过低或过早关闭会影响通行效率,限速太高会导致交通事故,因此,有必要对风⁃汽车⁃桥梁系统振动进行研究,以确保车辆通过桥梁时的安全性和行人的舒适性。
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