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振动与冲击 OFVIBRATIONANDSHOCK 第26卷第6期 JOURNAL 汽车荷载作用下梁桥的动力冲击效应研究 王解军1，张伟2 (1．中南林业科技大学，长沙410004；2．湖南工业大学，湖南珠州412008) 摘 要 基于D’Alembert原理，导出了两轴汽车模型的运动方程：考虑车辆与桥梁的位移协调条件及桥面不平整 度，建立移动汽车荷载作用下车辆与桥梁整体系统的运动方程，并且给出了详细的公式，采用Wilson一0求解，编制了计算 程序。对简支梁桥在移动汽车荷载作用下的动力冲击效应进行了计算分析与现场试验研究，获得了有价值的结果。 关键词：移动汽车荷载，简支梁桥，动力冲击效应，有限元法，桥梁动载试验 中图分类号：U448．21+7文献标识码：A 车辆以一定的速度过桥时，由于车辆与桥梁的相 与现场测试，获得了有价值的结果。 互作用，使得车辆与桥梁结构整体系统的振动为耦合 1车辆模型的运动方程 振动，涉及到车辆与桥梁整体系统的刚度、质量、阻尼 及桥面的不平整度等各种因素，影响十分复杂。相对 如图1所示，汽车简化为一个具有质量m。和绕通 于铁路桥梁而言，公路桥梁及城市桥梁的车辆振动问 过其质心的横向水平轴的转动惯量t的刚体，两轴的 题研究得较少…，并且目前世界各国公路桥梁设计规 车轮质量分别为m。、m：，具有两系弹簧系统，下系弹簧 范及城市桥梁设计规范关于车辆荷载动力冲击系数计 (与桥面接触)的刚度和阻尼系数分别为k，、c，及k：、 算公式的规定亦不一致。随着汽车载重与车速的增 c：，上系弹簧(连接车体和车轮)的刚度和阻尼系数分 加，桥梁在移动汽车荷载作用下产生的动力冲击效应 别为k。、C。及k4、C。。车辆模型共有6个自由度，相对于 值得进一步的研究，此外，对于桥梁结构各个不同的部 静力平衡位置，下系弹簧与桥面接触点的竖向位移分 位，车辆荷载作用下的动力冲击系数也不一致。由于 别为Y。。、Y以，两个车轮的竖向位移分别为Y。、Y2，车体的 设计时对车辆振动产生的动力冲击效应考虑不周，影 竖向位移Y，、Y。可用其质心的竖向位移Y。和转角见代 响桥梁结构的长期健康使用，甚至使得一些桥梁在使 替，两个车轮质心距车体质心的距离分别为Z。和Z：。 用期间发生安全问题。因此，对于公路桥梁及城市桥 由此，车辆模型的位移向量可写作： 梁的车辆振动及其产生的动力冲击效应这一课题进行 艿。=[Y。，0。，Y1，Y2，，c1Y，Yc2]7(i) 进一步的深入系统的研究，是完全必要的。 I．．．—．—I．．．—．{．．．．．．．—Ll 迄今为止，许多作者对车桥振动问题进行了理论 I 与试验研究HqJ，得到了显著的成果。有限元法是计 I I +J，3 M，E士m，，‘ j，‘+ 算车桥振动问题最有效的数值方法，关键在于详细考 I l I I YB和 虑各种因素，建立整体系统的运动方程。Yang Yau