(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111500168.5 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 朱金　熊籽跞　吴梦雪　李永乐　 (74)专利代理 机构 西安正华恒远知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61271 代理人 陈选中 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性 评价方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于桥梁涡激振动 的车 流过桥舒适性评价方法及系统， 属于交通和桥梁 工程技术领域， 所述方法包括如下步骤： 获取涡 激力理论模 型参数和桥梁受到的涡激力时程； 基 于涡激力理论模型参数和桥梁受到的涡激力时 程， 建立并分析风 ‑车流‑桥耦合系统， 得到车辆 动力响应和桥梁动力响应； 基于车辆动力响应和 桥梁动力响应， 评价车流过桥的舒适性， 完成桥 梁涡激振动下车流过桥舒适性的评价； 本发明采 用ISO 2631标准推荐的舒适性评价方法， 根据求 得的车辆动力响应计算驾驶员加权加速度均方 根值， 进而衡量驾驶员受振程度并评价其舒适 性， 有助于显示人体不同振动分量对舒适性的影 响。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 114169768 A 2022.03.11 CN 114169768 A 1.一种基于桥梁涡激振动的车流过桥 舒适性评价方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 获取涡激力理论模型参数和桥梁受到的涡激力时程； S2、 基于涡激力理论模型参数和桥梁受到的涡激力时程， 建立并分析风 ‑车流‑桥耦合 系统， 得到车辆动力响应和桥梁动力响应； S3、 基于车辆动力响应和桥梁动力响应， 评价车流过桥的舒适性， 完成基于桥梁涡激振 动的车流过桥 舒适性评价。 2.根据权利要求1所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S1包括如下步骤： S11、 沿桥梁跨径均匀设置加速度和位移传感器， 并在桥梁发生涡激振动时实测桥梁位 移和加速度数据； S12、 根据实测桥梁位移和 加速度数据， 得到桥梁的振动频率和振幅； S13、 根据桥梁几何、 材料和边界特征， 建立桥梁有限元模型， 并组集桥梁 的质量、 刚度 和阻尼矩阵， 以及分析 得到桥梁的自振 模态； S14、 根据桥梁的振动频率、 振幅和自振 模态， 选取涡激力理论模型； S15、 根据桥梁的质量、 刚度和阻尼矩阵建立 桥梁运动方程； S16、 施加涡激力理论模型对应的单位涡激力 至桥梁运动方程， 得到桥梁运动方程在单 位涡激力作用下的振幅； S17、 根据桥梁的振幅和桥梁在单位涡激力作用下的振幅， 得到涡激力理论模型参数和 桥梁受到的涡激力时程， 其中， 涡激力时程包括若干个分析步。 3.根据权利要求2所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S14中所述涡激力理论模型的涡激力FVI的表达式如下： 其中， ρ 表示空气密度； U表示来流速度； D表示桥梁主梁横风向尺寸； CL表示主梁升力系 数均方根； ω表示振动圆频率； θ表示主梁位移响应与涡激力的相位差， t 表示时间。 4.根据权利要求1所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S2包括如下步骤： S21、 获取实测的桥梁车流 运行数据， 并得到车流模拟参数； S22、 获取实测的桥梁车流中车辆的几何和力学特征， 并组集车辆的质量、 刚度和阻尼 矩阵； S23、 根据车流模拟参数， 并基于元 胞自动机车流模型， 得到随机车流 运行数据； S24、 获取实测的桥梁所处桥位的风场功率谱或经验功率谱， 模拟桥梁所处桥位的脉动 风场； S25、 利用路面粗糙度功率谱密度函数， 通过傅里叶逆变换计算得到桥梁的路面粗糙 度； S26、 基于所述涡激力理论模型参数， 得到桥梁涡激振动下受到的涡激力； S27、 根据随机车流运行数据、 桥梁所处桥位的脉动风场、 桥梁的路面粗糙度和桥梁涡 激振动下受到的涡激力， 建立 风‑车流‑桥耦合系统；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114169768 A 2S28、 通过分离迭代法将风 ‑车流‑桥耦合系统分为车辆 子系统和桥梁子系统； S29、 基于桥梁受到的涡激力时程， 分别对车辆子系统和桥梁子系统进行动力分析， 得 到车辆动力响应和桥梁动力响应， 其中， 车辆动力响应包括车辆子系统的位移、 速度和加速 度， 桥梁动力响应包括 桥梁子系统的位移、 速度和 加速度。 5.根据权利要求4所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S23包括如下步骤： S231、 建立具有周期边界的引道—桥梁—引道系统； S232、 根据引道—桥梁—引道系统和车辆模拟参数， 生成随机分布的初始车流； S233、 基于初始车流和元 胞自动机车流模型， 得到各 车辆在各分析步的运动状态； S234、 基于运动状态， 得到随机车流 运行数据。 6.根据权利要求4所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S24包括如下步骤： S241、 将实测桥梁所处桥 位的风场中的自然风分为平均风和三个方向的脉动风； S242、 基于平均风， 将三个方向的脉动风 等效为稳态的高斯随机过程； S243、 根据桥梁所处桥位的风场功率谱或经验功率谱， 基于稳态的高斯随机过程， 利用 谱解法模拟桥梁所处桥 位的脉动风场。 7.根据权利要求4所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S29包括如下步骤： S291、 根据随机车流 运行数据， 得到当前分析步中车辆在桥梁上的位置； S292、 根据脉动风场， 得到当前分析步中车辆承受的风载荷； S293、 根据桥梁位移、 速度和路面 粗糙度， 得到车辆承受的初始车桥相互作用力； S294、 根据车辆质量、 刚度、 阻尼矩阵、 风载荷和初始车桥相互作用力， 建立车辆运动方 程； S295、 基于车辆运动方程， 利用数值积分法， 得到当前分析步的第一次迭代车辆动力响 应； S296、 根据车辆的车轮受力平衡条件， 得到所述 桥梁承受的初始桥车相互作用力； S297、 根据桥梁的位移、 刚度、 阻尼矩阵、 初始桥车相互作用力和涡激力， 建立桥梁运动 方程； S298、 基于桥梁运动方程， 利用数值积分法， 计算得到当前分析步的第一次迭代桥梁动 力响应； S299、 根据当前分析步的第一次迭代车辆动力响应和第一次迭代桥梁动力响应， 对风 ‑ 车流‑桥耦合系统进行耦合振动分析， 得到车辆动力响应和桥梁动力响应。 8.根据权利要求7所述的基于桥梁涡激振动的车流过桥舒适性评价方法， 其特征在于， 所述步骤S299包括如下步骤： A1、 根据当前分析步的第一次迭代车辆动力响应和第一次迭代桥梁动力响应， 计算得 到车辆和 桥梁分别在当前分析步受到的第一次迭代车桥相互作用力和第一次迭代桥车相 互作用力； A2、 判断当前分析步的第j次迭代车桥相互作用力和第j次车迭代桥车相互作用力分别 与第j‑1次迭代车桥相互作用力和第 j‑1次迭代桥车相互作用力是否小于预设收敛条件， 若权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114169768 A 3