[发明专利]基于多体动力学的桥梁动力性能的评估方法

说明书

本发明提供的一种基于多体动力学的桥梁动力性能的评估方法，将桥梁信息以结构刚度和模态矩阵体现，采用模态叠加的方法，极大的提高了计算效率，通过引入虚拟体和标记点的方式，能够快速地建立需要加载的点的位置，且通过赋予虚拟体移动速度，可实现移动荷载的快速建立，便于快速进行竖向动力响应的评估，本申请的方法也能够较好的适用于横向动力响应的评估，能够便于移动荷载与非移动荷载的联合作用，实现多种荷载的叠加计算，计算效率高，计算模型简化，适应新型桥梁工程中在车辆作用下的桥梁动力分析的实际应用需求，特别适用于桥梁比选方案时对桥梁动力行为进行快速对比的情况。

技术领域

本发明属于桥梁动力学技术领域，涉及一种基于多体动力学的桥梁动力性能的评估方法。

背景技术

桥梁作为行车、行人的支撑结构，在设计时应当满足一定的刚度要求，在判断刚度是否满足要求时需要进行桥梁的动力响应计算。桥梁的动力响应计算一直是桥梁设计和运营阶段关注的一大重点问题，需要考虑较多因素：如车辆（行人）荷载，其导致的桥梁动力问题突出，公路桥梁因汽车超载问题可能发生过大的动位移，造成人行道上人员的极不舒适感；铁路桥梁因列车车速较高，若设计不考虑动力问题，可能会在运营车速下出现共振的可能性，随着公铁合建桥梁的跨度越来越大，汽车的作用可能导致桥梁线形的变化，进一步导致列车经过时出现过大的动力响应，其间的耦合影响关系的建模是个较为复杂的过程；尽管人行桥的荷载一般较为轻柔，但有规律的行人荷载也可能导致桥梁出现共振。

随着新型轨道交通的蓬勃发展，如空轨、磁浮等，新型轨道交通桥梁的设计越来越多，但这些桥梁的动力问题尚无成熟经验。除了上述的桥面动荷载之外，还有一系列其它荷载，如风荷载、地震荷载、落石冲击荷载、船撞荷载、海浪荷载等。各类荷载不同，其作用机理不同，如求得车辆（行人）作用下的桥梁动力响应问题，目前的分析方法主要包括：①建立汽车/列车等车辆模型和桥梁模型，通过其相互作用关系，建立相互作用的动力方程，通过理论求解，得到桥梁的动力响应；②直接建立桥梁有限元模型，在通用有限元软件中，采用力的加载，以瞬态分析法进行求解。

但是，建立车辆、桥梁模型的方式根据不同的车辆拓扑结构，需要建立不同的方程关系，连接构造也不同，这将导致一个激励荷载有一个分析模型，通用性很差，计算效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中随着新型轨道交通桥梁越来越多，桥梁的动力响应计算面临的外部激励因素愈加复杂，现有评估方法通用性差，导致桥梁动力性能分析效率低下的上述不足，提供一种基于多体动力学的桥梁动力性能的评估方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于多体动力学的桥梁动力性能的评估方法，包括如下步骤：

a、建立桥梁有限元模型，得到桥梁的结构刚度和模态矩阵，将桥梁的结构刚度和模态矩阵以柔性体的形式导入多体动力学分析平台建立桥梁多体动力学模型；

b、进行桥面活载的动力分析：建立若干个虚拟体并对每个虚拟体的对应铰赋予移动速度，在桥面上对应设置可移动的第一标记点，使第一标记点与对应的虚拟体的运动轨迹保持一致，通过第一力元使虚拟体对其对应的第一标记点施加对应的竖向荷载或荷载时程，第一力元包含汽车的轮压、列车的轮对竖向力或行人荷载，设置仿真时间开展动力分析，获得桥梁的第一位移和第一加速度；

c、若第一位移小于或等于第一预设位移，且第一加速度满足小于或等于第一预设加速度，则桥梁的竖向动力响应满足设计要求，且若桥梁的横向动力响应满足设计要求，则桥梁的动力性能满足设计要求。

虚拟体即为质量小到对于建立的桥梁系统来说能够被忽略的体，虚拟体的数量根据施加作用力的系统的数量及其单个系统与桥梁接触点的数量确定，移动速度根据桥梁设计速度确定，分析时需囊括设计速度范围内的多种速度，以探讨不同速度下桥梁动力响应。