In this paper, an analytical and experimental study was performed in order to determine the effects of interaction between vehicle and structure. Results presented in the paper show that analytical method including moving load effect can investigate the trend of structural response due to dynamic interaction between vehicle and structure. The wheel tracking machine fitted with 2-axle test vehicle can demonstrate more accurate dynamic interaction between vehicle and structure than the wheel tracking machine fitted without 2-axle test vehicle.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.420-423
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2003
This paper addresses the results of experimental and analytical study on the effects of dynamic interaction between vehicle and bridge on modal properties of bridge. Based on ambient vibration test and vehicle impact test on a bridge, it is found that the natural frequencies of bridge are varied by vehicle passing. Analytical studies for the effects of vehicle position, speed, damping, mass ratio and frequency ratio on bridge-vehicle interaction are carried out using complex eigenvalue analysis and numerical integration in time domain. The results show that vehicle properties except speed cause significant change of natural frequency as well as damping of bridge.
In this paper, a new iterative method for solving vehicle-bridge interaction problems is proposed. Iterative methods have advantages over the non-iterative methods in that it is not necessary to update the system matrix for a given wheel location, and the method can be applied for a new type of car or bridge with few or no modifications. In the proposed method, the necessity of system matrices update is eliminated using the equivalent interaction force acting on the bridge, which is obtained iteratively. Ballast stiffness is included in the interaction forces and the geometric compatibility at the contact points are used as convergence criteria. The bridge is considered as an elastic Bernoulli-Euler beam with surface irregularity and ballast stiffness. The moving vehicle is modeled as a multi-axle mass-spring-damper system having many degrees of freedom depending on the number of axles. The pitching effect, which is the interaction effect between the rear and front wheels when a vehicle begins to enter or leave the bridge, is also considered in the formulation including extended ground boundaries having surface irregularity and ballast stiffness. The applicability of the proposed method is illustrated in the numerical studies.
Measuring the bridge frequencies indirectly from an instrumented test vehicle is a potentially powerful technique for its mobility and economy, compared with the conventional direct technique that requires vibration sensors to be installed on the bridge. However, road surface roughness may pollute the vehicle spectrum and render the bridge frequencies unidentifiable. The objective of this paper is to study such an effect. First, a numerical simulation is conducted using the vehicle-bridge interaction element to demonstrate how the surface roughness affects the vehicle response. Then, an approximate theory in closed form is presented, for physically interpreting the role and range of influence of surface roughness on the identification of bridge frequencies. The latter is then expanded to include the action of an accompanying vehicle. Finally, measures are proposed for reducing the roughness effect, while enhancing the identifiability of bridge frequencies from the passing vehicle response.
This paper presents a novel method to carry out monitoring of transport infrastructure such as pavements and bridges through the analysis of vehicle accelerations. An algorithm is developed for the identification of dynamic vehicle-bridge interaction forces using the vehicle response. Moving force identification theory is applied to a vehicle model in order to identify these dynamic forces between the vehicle and the road and/or bridge. A coupled half-car vehicle-bridge interaction model is used in theoretical simulations to test the effectiveness of the approach in identifying the forces. The potential of the method to identify the global bending stiffness of the bridge and to predict the pavement roughness is presented. The method is tested for a range of bridge spans using theoretical simulations and the influences of road roughness and signal noise on the accuracy of the results are investigated.
A three-mass vehicle model including one rigid mass and two unsprung masses is adopted to predict the vehicle-bridge interaction (VBI) and to establish the nonlinear coupled governing equations. To overcome the numerical instability and large computation problems concerning the vehicle-bridge system, the perturbation method is used to convert the nonlinear coupled governing equations into a set of linear uncoupled equations. Formulas for bridge's natural frequencies considering both the VBI and the dynamic responses of bridge and vehicle are proposed. Compared with the numerical results obtained by the Newmark-β method, the theoretical solutions for natural frequencies and dynamic responses are validated. The effects of the important factors of unsprung mass, vehicle damping, surface irregularity on the natural frequencies and dynamic responses of bridge and vehicle are discussed, based on the theoretical solutions.
The dynamic interaction of vehicle-bridge is studied by using transfer matrix method in this paper. The vehicle model is simplified as a spring-damping-mass system. By adopting the idea of Newmark-${\beta}$ method, the partial differential equation of structure vibration is transformed into a differential equation irrelevant to time. Then, this differential equation is solved by transfer matrix method. The prospective application of this method in real engineering is finally demonstrated by several examples.
In this paper, an analytical and experimental study is performed in order to determine the effects of interaction between a vehicle and a structure. For this purpose, a wheel tracking machine and an adequate single span bridge are designed. Results presented in the paper show that the real vehicle tracking accelerations including the interaction between the vehicle and the structure produce additional effects on the dynamic behavior of the structure including reversal and contrary behavior. Also, the interaction between the vehicle and the bridge is reproduced by applying the identified real vehicle tracking accelerations to a general finite element analysis program.
Han Hyung-Suk;Kim Dong-Sung;Lee Jong-Min;Kang Heung-Sik
Proceedings of the KSR Conference
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2004.10a
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pp.363-368
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2004
Maglev vehicles, which are levitated and propelled by electromagnets, often run on elevated guideways comprised of steel, aluminum and concrete. Therefore, an analysis of the dynamic interaction between the Maglev vehicle and the guideway is needed in the design of the critical speed, ride, controller design and weight reduction of the guideway. This study introduces a dynamic interaction simulation technique that applies FEM. The proposed method uses FEM to model the elevated guideway and the Maglev vehicle, which is different from conventional studies. Because the proposed method uses FEM, it is useful to calculate the deformation of the elevated guideway, the dynamic stress, and the motion of the vehicle. By applying the proposed method to an urban transit Maglev vehicle, UTM01, the dynamic response is simulated according to velocity increase and can be reviewed again. From the result of the study, we concluded that FEM simulation of the dynamic interaction between the maglev vehicle and the guideway is possible.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.505-509
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2005
Analysis program to estimate the dynamic characteristics of bridge is investigated by using three-dimensional analytical model considering vehicle-bridge interaction. A dynamic interaction models of the vehicle-bridge system are established, which is composed of a vehicle element model and a finite element bridge model. The vehicle models are established according to the structure and suspending properties of vehicle. The dynamic responses of the bridge are calculated. But the computer simulation program is being verified with field tests results, it must be corrected according to them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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