توسعه یک روش ترکیبی برای تحلیل سیستم اندرکنش وسیله متحرک و پل

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران دانشگاه یزد

2 بخش سازه، دانشکده عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در این مقاله ازیک روش ترکیبی براساس روش تکرار و روش تئوری برای حل ‌مسئله اندرکنش پل و وسیله متحرک استفاده شده است. روابط نیومارک و معادله دیفرانسیل مرتبه دوم حاکم بر اندرکنش پل و وسیله متحرک نشان می دهد که هر نیروی تماسی در پل و یا وسیله های متحرک، با جابجایی‌های نقاط مشترک بین پل و وسیله متحرک رابطه خطی دارد. پارامتر های تشکیل دهنده این رابطه خطی با جابجا شدن وسیله متحرک بر روی پل، تغییر می‌کند. در روش پیشنهادی در این مقاله، در هرگام از فرآیند حل عبور وسیله متحرک بر روی پل ابتدا با استفاده از روش تکرار آغاز می‌شود. اگر تعداد فرآیند تکرار برابر با تعداد جابجایی های نقاط تماسی به‌اضافه یک شود و قبل از آن معیار همگرایی تامین نشده باشد، با استفاده از روش تئوری، رابطه خطی موجود بین نیروهای تماسی و جابجایی های تماسی در وسیله متحرک و پل در آن گام زمانی محاسبه می گردد. با استفاده از رابطه‌های حاصله، مقدار جابجایی های تماسی که هر دو معادله دیفراسیل پل و وسیله متحرک را در آن گام زمانی بخصوص ارضا کنند، بدست می آیند. مطابق نتایج بدست آمده در این تحقیق مشاهده شد که با استفاده از روش پیشنهادی در این مقاله، تعداد تلاش برای بدست آوردن همگرایی در مقایسه با روش تکرار معمولی در هر گام کاهش می یابد. نتایج نشان می داد که سرعت همگرایی در روش پیشنهادی بخصوص برای مقدار شاخص همگرایی دقیقتر، بیشتر است. همچنین مشاهده شد در حالت روسازی انعطاف پذیر که تغییرات نیروی تماسی در گامهای متوالی زیاد است، سرعت حل روش پیشنهادی از روش تکرار معمول بسیار بیشتر است. . افزایش سرعت در مسائلی که تکرار حل انرکنش پل و وسیله متحرک لازم است مفید واقع می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Developing a Hybrid Method in Analyzing the Interaction of Vehicle Bridge Systems

نویسندگان [English]

  • mohsen mohammad karimi 1
  • Reza Morshed 2
1 Yazd university
2 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

This paper presents a hybrid method for predicting the dynamic responses of bridge structures contemplating the interaction between vehicle–bridge systems. This method is a combination of the theoretical approach and iterative increments as commonly used numerical solutions. it has been shown, the contact force between the vehicle and bridge has a linear relationship with the displacement at the contact point. The parameters of mentioned linear relationship change during the movement of the vehicle on the bridge. In the proposed framework, each increment is initiated with the numerical and iterative parts. Then, according to the analytical part of the proposed framework, the linear relationship of contact force and displacement between the vehicle a bridge is extracted. Consequently, considering the numerical and analytical criteria, the contact displacements and contact forces are calculated. Results indicate that the proposed method offers a framework to predict the dynamic response of bridge and vehicle considering the vehicle-bridge interaction. It was concluded that this method takes a considerably lower computational effort compared to conventional iterative methods In the structures with high contact displacement between the vehicle and structure (for example in the flexible pavement), the suggested method can solve the interaction problems in a considerably lower time and computational effort.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vehicle-Bridge Interaction
  • Iterative Method
  • Flexible Pavement
  • Newmark'
  • s Method
  • Dynamic Behavior of Bridge
 [1] Timoshenko, S. P. "CV. On the forced vibrations of bridges." The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 43.257 (1922): 1018-1019.
 [2] Yau, J. D., Wu, Y. S., & Yang, Y. B. (2001). Impact response of bridges with elastic bearings to moving loads. Journal of Sound and Vibration248(1), 9-30.
 [3] Fryba, L. Vibration of Solids and Structures under Moving Loads. London: Thomas Telford, 1999.
 [4] Yau, J. D. (2006). Vibration of parabolic tied-arch beams due to moving loads. International Journal of Structural Stability and Dynamics6(02), 193-214.
 [5] Yau, J. D., & Frýba, L. (2007). Response of suspended beams due to moving loads and vertical seismic ground excitations. Engineering Structures29(12), 3255-3262.
 [6] Foda, M. A., & Abduljabbar, Z. (1998). A dynamic green function formulation for the response of a beam structure to a moving mass. Journal of sound and vibration210(3), 295-306.
 [7] Akin, J. E., & Mofid, M. (1989). Numerical solution for response of beams with moving mass. Journal of Structural Engineering115(1), 120-131.
[8] Lee, H. P. (1996). Dynamic response of a beam with a moving mass.
[9] Ichikawa, M., Miyakawa, Y., & Matsuda, A. (2000). Vibration analysis of the continuous beam subjected to a moving mass. Journal of Sound and Vibration230(3), 493-506.
[10] Biggs, J. M., & Biggs, J. M. (1964). Introduction to structural dynamics. McGraw-Hill College.
[11]­ Green, M. F., & Cebon, D. (1997). Dynamic interaction between heavy vehicles and highway bridges. Computers & structures62(2), 253-264.
[12] Yang, Y. B., & Yau, J. D. (1997). Vehicle-bridge interaction element for dynamic analysis. Journal of Structural Engineering123(11), 1512-1518.
[13] Pesterev, A. V., Bergman, L. A., Tan, C. A., Tsao, T. C., & Yang, B. (2003). On asymptotics of the solution of the moving oscillator problem. Journal of Sound and Vibration260(3), 519-536.
[14] Wang, T. L., Garg, V. K., & Chu, K. H. (1991). Railway bridge/vehicle interaction studies with new vehicle model. Journal of Structural Engineering117(7), 2099-2116.
[15] Xia, H., De Roeck, G., Zhang, H. R., & Zhang, N. (2001). Dynamic analysis of train–bridge system and its application in steel girder reinforcement. Computers & Structures79(20-21), 1851-1860.
[16] Wu, Y. S., Yang, Y. B., & Yau, J. D. (2001). Three-dimensional analysis of train-rail-bridge interaction problems. Vehicle System Dynamics36(1), 1-35.
[17] Lee, C. H., Kawatani, M., Kim, C. W., Nishimura, N., & Kobayashi, Y. (2006). Dynamic response of a monorail steel bridge under a moving train. Journal of Sound and Vibration294(3), 562-579.
[18] Chen, Z., Xie, Z., & Zhang, J. (2018). Measurement of Vehicle-Bridge-Interaction force using dynamic tire pressure monitoring. Mechanical Systems and Signal Processing104, 370-383.
[19] Mosayebi, S. A., Zakeri, J. A., & Esmaeili, M. (2018). Investigations on vehicle interaction with CWR tracks considering some aspects of rail support modulus. Periodica Polytechnica Civil Engineering62(2), 444-450.
[20] Mosayebi, S. A., Esmaeili, M., & Zakeri, J. A. (2020). Dynamic Train–Track Interactions and Stress Distribution Patterns in Ballasted Track Layers. Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements146(1), 04019042.
[21] Yang, Y. B., Yau, J. D., Yao, Z., & Wu, Y. S. (2004). Vehicle-bridge interaction dynamics: with applications to high-speed railways. World Scientific.
[22] Yang, Y. B., & Lin, B. H. (1995). Vehicle-bridge interaction analysis by dynamic condensation method. Journal of Structural Engineering121(11), 1636-1643.
[23] Yang, Y. B., & Wu, Y. S. (2001). A versatile element for analyzing vehicle–bridge interaction response. Engineering structures23(5), 452-469.
[24] Sheng, X., Jones, C. J. C., & Thompson, D. J. (2004). A theoretical model for ground vibration from trains generated by vertical track irregularities. Journal of sound and vibration272(3-5), 937-965.
[25] Yang, F., & FONDER, G. A. (1996). An iterative solution method for dynamic response of bridge–vehicles systems. Earthquake engineering & structural dynamics25(2), 195-215.
[26] Majka, M., & Hartnett, M. (2009). Dynamic response of bridges to moving trains: A study on effects of random track irregularities and bridge skewness. Computers & Structures87(19-20), 1233-1252.
[27] Liu, K., Reynders, E., De Roeck, G., & Lombaert, G. (2009). Experimental and numerical analysis of a composite bridge for high-speed trains. Journal of sound and vibration320(1-2), 201-220.
[28] Liu, X. W., Xie, J., Wu, C., & Huang, X. C. (2008). Semi-analytical solution of vehicle–bridge interaction on transient jump of wheel. Engineering Structures30(9), 2401-2412.
[29] Newmark, N. M. (1959). A method of computation for structural dynamics. Journal of the engineering mechanics division85(3), 67-94.
[30] Majka, M., & Hartnett, M. (2008). Effects of speed, load and damping on the dynamic response of railway bridges and vehicles. Computers & Structures86(6), 556-572.
[31] Eshkevari, S. S., Matarazzo, T. J., & Pakzad, S. N. (2020). Simplified vehicle–bridge interaction for medium to long-span bridges subject to random traffic load. Journal of Civil Structural Health Monitoring10(4), 693-707.
[32] Szafrański, M. (2021). A dynamic vehicle-bridge model based on the modal identification results of an existing EN57 train and bridge spans with non-ballasted tracks. Mechanical Systems and Signal Processing146, 107039.