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如何数字化一座桥

国庆假期终于到了,放下工作,坐最慢的绿皮火车回家或远行也变得浪漫。阳光成桶的倾倒在身上,随车厢摇晃灌满视线范围,轮对缓慢撞击铁轨,不知道勾起了的回忆里笑靥如花的人如今在何处,汽笛徐徐,搭接远方的海和远方的家,从绿树成荫到白雪满原,把油腻市侩带回白衣少年。美好的记忆成段封装在心底,火车和砼桥也能拆解成代码。

1、有一人前来买“瓜”(此瓜为桥梁的物理结构)

一般简支梁铁路桥由桥墩,支座,桥跨组成。桥跨上敷设的有砟轨是由钢轨、扣件、轨枕、道砟及道床等组成。

火车行驶经过铁路桥,车体的力经二系悬挂传到转向架,再由一系悬挂传到轮对作用于铁轨。铁轨通过扣件、轨枕、道砟最后由道床传递到桥梁梁体,梁上的力经支座传递到桥墩最终作用于基础。

2、你这“瓜”怎么“卖”啊(如何数字化)

某地有7跨双T型简支梁铁路桥,每跨跨度约16m,梁高约1.6m,宽约3.9m。

实体单元模型划分单元多,计算速度慢,笔者这里使用双T型梁截面定义7自由度的beam188单元模拟桥梁。

铁轨采用beam188单元模拟,并在扣件对应节点位置采用线性弹簧和阻尼单元模拟钢轨所受的垂向和横向约束作用,轨枕视为两端连接线性弹簧和粘性阻尼单元,限制其水平向运动,上下连接钢轨和道床并考虑其垂向、横向运动及转动自由度的刚体。

钢轨与轨枕以及轨枕与道床之间通过线性弹簧和黏性阻尼连接,列车对桥梁的作用通过这些弹簧阻尼单元逐级传递到桥梁。道床根据轨枕的实际间距简化成质量点并考虑其垂向振动。轨枕与道床以及道床与路基之间同样通过线性弹簧和黏性阻尼连接,通过道床质量块之间的剪切刚度和阻尼来模拟道砟的啮合作用[1]。

桥梁采用梁单元并赋予两种截面,支座在此不作为重点,因此强制将桥梁和桥墩耦合。

在对3种截面类型桥梁子系统中,进行动力分析时根据Rayleigh阻尼模型得到结构的阻尼矩阵,即C=αM+βK,式中,M为质量矩阵,K为刚度矩阵。

α为质量阻尼系数,β为刚度阻尼系数由下式决定,其中ωi、ωj分别为第i,j阶参考频率,ξ为结构阻尼比。[2]

此处取α=0.20644、β=0.00019315.

3、你这瓜保“熟”吗(准不准?)

通过调整一些参数,将桥梁跨中挠度计算模拟结果与实测结果放在一起对比,对比情况如下

火车车驶过桥梁时跨中挠度和加速度与实测结果除车头两构架之间上升段略有差异外,其余各车厢误差较小均在5%范围以内,满足吹牛需要。

诸君的西瓜刀可以放下了。

[1]翟婉明, 夏禾. 列车-轨道-桥梁动力相互作用理论与工程应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.

[2]李小珍, 雷虎军, 朱艳. 车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数分析[J]. 振动与冲击, 2013, 32(21): 52-57+73.

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作者: ganggouren

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