【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆桥梁耦合振动，具体涉及一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法。
技术介绍
1、我国对铁路桥梁动力系数的研究，主要是参考国外的研究成果。并在此基础上对大量现有桥梁进行试验研究而得。我国铁路早期主要为客货共线铁路，相应地，设计时统一采用了符合客货铁路运输特点的列车荷载图式。近年来，随着铁路的快速发展，铁路客货运输呈现出客运高速、货运重载等新的特征，不同线路通过的列车差异越来越大，若仍采用统一的列车荷载图式将是不科学，也是不经济的。因此，现行规范针对高速铁路、城际铁路、客货共线铁路、货运铁路分别规定了相应的列车荷载图式。
2、但是，现有规范中针对铁路桥梁动力系数确定方法，过于依赖统计特性和经验公式，不能准确计算不同构件的动力系数，存在铁路拱桥构件动力系数确定困难的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，通过提出一种理论化、精细化的铁路拱桥构件动力系数确定方法，来解决铁路拱桥构件动力系数的确定问题，并指导桥梁的设计。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，包括以下步骤：
4、s1、利用空间杆单元与空间梁单元对铁路拱桥构件进行模拟，通过构建铁路拱桥有限元模型，得到铁路拱桥的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵；
5、s2、读取车辆部件参数，并对应每个自由度位置
6、s3、采用结构动力学方法根据步骤s1中得到的铁路拱桥的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵与步骤s2中得到的车辆的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵，分别构建铁路拱桥子系统运动学方程与车辆子系统运动学方程；
7、s4、采用数值积分法求解步骤s3中构建的铁路拱桥子系统运动学方程与车辆子系统运动学方程，得到铁路拱桥在静止和移动车辆荷载作用下的动力响应；
8、s5、根据步骤s4中计算得到的铁路拱桥在静止和移动车辆荷载作用下的动力响应，计算铁路拱桥各构件的动力系数。
9、进一步的，步骤s1具体包括：
10、s11、利用空间梁单元对铁路拱桥的主梁、拱圈以及桥墩进行模拟，利用空间杆单元对铁路拱桥的吊杆进行模拟，并构建铁路拱桥有限元模型；
11、s12、根据步骤s11中构建的铁路拱桥有限元模型，得到铁路拱桥的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵。
12、进一步的，步骤s2具体包括：
13、s21、读取车辆各个组成部件的质量、刚度以及阻尼参数并对应每个自由度位置，构建车辆多刚体动力学模型；
14、s22、根据步骤s21中构建的车辆多刚体动力学模型，得到车辆的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵。
15、进一步的，步骤s3具体包括：
16、s31、采用结构动力学方法，利用步骤s2中得到的车辆的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵，构建车辆子系统运动学方程，即：
17、
18、其中，mv、cv、kv分别表示车辆子系统的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵，xv分别表示车辆子系统的加速度向量、速度向量以及位移向量，fb-v表示铁路拱桥对车辆的作用力；
19、s32、采用结构动力学方法，利用步骤s1中得到的铁路拱桥的质量、阻尼以及刚度矩阵，构建铁路拱桥子系统运动学方程，即：
20、
21、其中，mb、cb、kb分别表示铁路拱桥子系统的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵，xb分别表示铁路拱桥子系统的加速度向量、速度向量以及位移向量，fv-b表示车辆对铁路拱桥的作用力。
22、进一步的，步骤s4具体包括：
23、s41、根据车辆的运行速度，计算车辆在每一时间步中运行的距离，得到车辆在每一时间步中在铁路拱桥上的具体位置；
24、s42、读取步骤s41中车辆在每一时间步中在铁路拱桥上的具体位置处的轨道不平顺，计算车辆在每一时间步中在铁路拱桥上的实际位置，即：
25、dbi＝xbi+ri
26、其中，dbi表示车辆在铁路拱桥上第i个节点的实际位置，xbi表示铁路拱桥子系统第i个节点的动态位移，ri表示铁路拱桥在节点i位置处的不平顺值；
27、s43、利用达朗贝尔原理，根据步骤s42中得到的车辆在每一时间步中在铁路拱桥上的实际位置，计算车辆-铁路拱桥的相互作用力，即：
28、fv-b＝kwi×db
29、其中，fv-b表示车辆对铁路拱桥的作用力，kwi表示车辆每个轮对在第i个节点的刚度，db表示车辆的每个车轮在铁路拱桥上的实际位置；
30、s44、采用纽马克-β法根据步骤s43中计算得到的车辆-铁路拱桥的相互作用力，对步骤s31中构建的铁路拱桥子系统运动学方程进行求解，得到在静止和移动车辆荷载作用下铁路拱桥子系统中每个构件的动力响应；
31、s45、采用快速显示积分法根据步骤s43中计算得到的车辆-铁路拱桥的相互作用力，对步骤s3中构建的车辆子系统运动学方程进行求解，得到在静止和移动车辆荷载作用下车辆子系统的动力响应。
32、进一步的，步骤s44具体包括：
33、s441、将步骤s43中计算得到的车辆-铁路拱桥的相互作用力带入步骤s3中构建的铁路拱桥子系统运动学方程中，并采用纽马克-β法积分求解格式进行求解，即：
34、
35、其中，xn+1表示第n+1时刻的铁路拱桥子系统的加速度向量或速度向量或位移向量，xn表示第n时刻的铁路拱桥子系统的加速度向量或速度向量或位移向量，δt表示时间积分步长，α、β分别表示积分参数，分别表示第n时刻铁的路拱桥子系统的速度和加速度，分别表示第n+1时刻的铁路拱桥子系统的速度和加速度；
36、s442、将步骤s441中第n+1时刻的铁路拱桥子系统的速度和加速度用第n+1时刻的铁路拱桥子系统的加速度向量或速度向量xn+1表示，并带入第n+1时刻的铁路拱桥子系统的动力学方程中通过化简后求解，得到第n+1时刻的铁路拱桥子系统的加速度向量或速度向量或位移向量。
37、进一步的，步骤s45具体包括：
38、s451、将步骤s43中计算得到的车辆-铁路拱桥的相互作用力带入步骤s3中构建的车辆子系统运动学方程中，并采用快速显示积分法积分求解形式进行求解，即：
39、
40、其中，xn+1表示第n+1时刻的车辆子系统的加速度向量或速度向量或位移向量，xn表示第n时刻的车辆子系统的加速度向量或速度向量或位移向量，δt表示时间积分步长，ψ、分别表示积分参数，分别表示第n时刻的车辆子系统的速度和加速度，表示第n+1时刻车辆子系统的速度，表示第n-1时刻车辆子系统的速度；
41、s452、将步骤s451中第n+1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S44具体包括：
7.根据权利要求5所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S45具体包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合理论的大跨度拱桥动力系数确定方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴胜勇，张志勇，韦远征，陈克坚，陈建峰，李恒，彭福兵，张琪，蔡超，郭占元，向律楷，刘何亮，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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