Dynamic interaction analysis between actively controlled Maglev and bridge is carried out. For this, dynamic governing equation for 2-dof Maglev vehicle and optimal feedback control scheme of DOFC are developed. And then the dynamic effect of the 1st natural frequency of bridge, vehicle/bridge mass ratio and damping coefficient of bridge to the both of air-gap variations of UTM-01 maglev vehicle and bridge center maximum displacement response are investigated. From the results of numerical simulation, it is found that the 1st natural frequency of bridge, vehicle/bridge mass ratio and damping coefficient of bridge does not affect greatly within design velocity of the vehicle.
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.
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.
The equation of motion on the vehicle-bridge system is established as the simultaneous equations which are combined the equation of vehicle and bridge by the interaction elements. A vehicle element is modeled as lumped masses supported by springs and dashpots, and a bridge element with pavement roughness is modeled as beam elements. An interaction element is defined to consist of a bridge element and the suspension units of the vehicle resting on the element. By the dynamic condensation method, the degrees of the freedom are eliminated, and compared with all the degrees of freedom on the bridge, the efforts of calculation is decreased. Thus, although a very small computational error is occured, the present technique appears to be computationally more efficient. It is particularly suitable for the simulation of bridges with a series of vehicles moving on the deck.
In this study, the simplified method for 3-dimensional vehicle-bridge interaction analysis is utilized in the analysis of dynamic behavior of bridges in which the eccentricity of axle loads and the effect of the torsional forces acting on the bridge are included for the more accurate vehicle-bridge interaction analysis. Investigations mainly into the influence of vehicle speed on vehicle-bridge interactions are carried out for case that two trains move respectively on their tracks in the opposite direction.
The vehicle-bridge interaction (VBI) analysis might be cumbersome and computationally expensive in bridge engineering due to the necessity of solving large number of coupled system of equations. However, VBI analysis can provide valuable insights into the dynamic behavior of highway bridges under specific loading conditions. Hence, this paper presents a numerical study on the dynamic behavior of a conventional highway bridge under strong near-field and far-field earthquake motions considering the VBI effects. A recursive substructuring method, which enables solving bridge and vehicle equations of motion separately and suitable to be adapted to general purpose finite element softwares, was used. A thorough analysis that provides valuable information about the effect of various traffic conditions, vehicle velocity, road roughness and effect of soil conditions under far-field and near-field strong earthquake motions has been presented. A real-life concrete highway bridge was chosen for numerical demonstrations. In addition, sprung mass models of vehicles consist of conventional truck and car models were created using physical and dynamic properties adopted from literature. Various scenarios, of which the results may help to highlight the different aspects of the dynamic response of concrete highway bridges under strong earthquakes, have been considered.
Dynamic equations of motion for the interaction system of bridge and vehicle are derived to investigate the dynamic responses of bridge and vehicles induced by moving automated guide-way transit(AGT) vehicle and surface roughness of bridge. The vehicle model for ACT vehicle is idealized as 11 DOF including yawing, lateral translation and steering of wheels, and the bridges are modeled with finite element method. The AGT vehicle model was verified by experimental study. Parametric studies are carried out to investigate the effect of vehicle speed, surface roughness, stiffness and damping of the suspension system, AGT vehicles and dynamic wheel loads of the AGT vehicles. From the parametric study it can be seen that the dynamic incremental factor of the bridge and dynamic responses of vehicles have a tendency to increase with vehicle speeds, surface roughness and the stiffness of AGT vehicle suspension system. On the other hand those dynamic wheel loads have tendencies to decrease in according to increase of damping of the suspension system.
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.
본 연구는 주행하는 자기부상열차와 교량간의 동적상호작용 특성을 파악하는 것이다. 이를 위해서 차량에 의한 교량의 정적처짐을 레일조도에 포함시켜 가진형태로 고려되는 2자유도 자기부상열차의 운동방정식과 동적상호작용에 의한 교량의 동적처짐을 레일조도와 함께 고려된 열차의 운동방정식을 각각 유도하였다. 이때 EMS위치에서의 부상공극 및 연직방향의 상태로부터 전상태를 추정하는 LQG기법을 고려하였다. 수치해석결과 레일조도가 없는 경우에는 자기부상열차의 주행성에 차량-교량간의 동적상호작용효과가 현저하게 커지지만, 레일조도가 고려될 경우에는 교량의 정적처짐을 가진으로 고려한 경우와 동적상호작용을 고려한 해석결과의 차이가 크지 않다는 것을 관찰할 수 있었다. 결론적으로 교량의 충격계수와 자기부상열차의 주행성능을 정확히 파악하기 위해서는 레일조도를 포함하는 교량-차량간의 동적상호작용해석이 필요한 것으로 판단된다.
This study is focused on the dynamic response of curved bridge when the rubber tired AGT vehicles is running with alternative articulations. For the analytic approach, there is necessary for the three dimensional vehicle model with 11 degree of freedom and the three dimensional curved bridge model by means of finite element method. It can be described by conventional Lagrangian formula with respect to the dynamic interactions between vehicles and its met bridge. The formula is implemented by Fortran language on the simulation program designated BADIA II(Bridge-AGT Dynamic Interaction Analysis II). The solutions of the formula are derived by Newmark- ${\beta}$ method. The BADIA II is for the dynamic interactions between vehicle and curved bridge in terms of the roughness of running surface and guide rail. The applicability of the BADIA II is verified in terms of displacement and modal frequency. This study is described that the dynamic interactive behaviors between the rubber tired AGT vehicle and curved bridge in terms of the radius of curvatures of curved bridge, vehicle articulations, vehicle speeds, vehicle weights, flatness of running surface and roughness of guide rail using BADIA II.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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