EMS型磁浮列车悬浮力分析

悬浮系统是磁浮列车的重要组成部分,其性能将直接影响车辆的性能。悬浮力是线路桥梁设计和车辆线路动力学分析的基础。根据EMS型磁浮列车的特点,给出了悬浮系统的数学模型,分析了悬浮力的大小及其动态特性。     

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要. 基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数,建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型,并编制了仿真分析程序. 以某（88 + 168 + 88）m预应力混凝土连续刚构桥为例,分别建立了考虑桩土相互作用的群桩基础模型以及作为对比的刚性基础模型和弹性基础模型,通过输入3条典型地震波,计算对比了3种模型的耦合振动响应,研究了桩土相互作用的影响. 结果表明:地震作用下桩土相互作用对桥梁、轨道和列车子系统动力响应的影响横向大于竖向,且对桥梁、轨道子系统动力响应的影响大于列车子系统;对于本文的计算条件,不考虑桩土相互作用会使桥梁、轨道和列车子系统的动力响应偏小,其中列车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力平均值分别偏小5.8%、8.6%和9.0%;桩土相互作用对列车行车安全性指标的影响不会随车速的变化而变化. 本文的研究成果可为震区高速铁路桥梁的抗震设计提供参考.      

高速铁路长大桥梁无缝线路附加挠曲力计算分析

根据高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路梁轨相互作用原理,结合京沪高铁实际情况,建立了京沪高铁整桥双线有限元模型,以10跨32 m混凝土简支箱梁桥为例,用有限元法计算分析了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路附加挠曲力及附加挠曲位移的分布。计算结果表明,列车在双线简支箱梁上单线运行时,其附加挠曲力值较小,4根钢轨的附加挠曲力值有所差别,但差别不大。钢轨附加挠曲力在桥台处较大,钢轨纵向位移则在桥梁中部较大,在桥台处较小。     

基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析

针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析,提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法; 在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型,在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵,并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中; 分别建立悬索桥子系统、轨道-车辆子系统的动力微分方程,然后基于异步长策略,以大时间步长在ANSYS内考虑主缆几何刚度,并通过更新结构刚度矩阵来求解悬索桥子系统振动响应,以小时间步长在MATLAB内考虑轮轨空间接触关系,并通过施加轨道不平顺来求解轨道-车辆子系统动力响应,2种计算软件通过实时交换数据实现子系统之间的耦合求解; 通过分析某单跨铁路简支梁桥的实测数据验证了该方法的正确性,并利用该联合仿真方法对主跨为660 m的某铁路悬索桥进行了行车动力计算。分析结果表明:随着车速的提高,桥梁动力响应增大,行车安全性与平稳性趋于恶化; 在车速不大于180 km·h-1的工况下,该悬索桥能够满足行车安全性要求; 在列车动力荷载作用下,不考虑悬索桥几何刚度会导致跨中竖向位移产生7.4%的计算误差; 考虑几何刚度、不更新桥梁刚度矩阵导致的桥梁与列车响应计算误差均不超过1%,能够满足工程计算精度需求。可见,提出的联合仿真方法可用于大跨柔性铁路桥梁的行车动力分析。      

小半径曲线刚构箱梁桥日照时变温度场与温度效应

应用太阳物理学理论确定了太阳的实时位置, 结合光线跟踪算法实时选取了结构的时变迎光面, 得到了结构的时变热边界条件; 以永顺—吉首高速公路石家寨立交中的一座小半径曲线刚构箱梁桥为工程背景, 参考当地历史气象数据, 以气温最高的某夏日为例, 在考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热和风速等环境条件下, 实现了小半径曲线刚构箱梁桥三维瞬态日照时变温度场的有限元仿真, 通过热-结构耦合分析得到了小半径曲线刚构箱梁桥的日照时变温度效应。研究结果表明: 在日照时变辐射作用下, 由于小半径曲线刚构箱梁桥翼缘板的遮盖作用, 箱梁腹板受太阳直射的时间不同, 箱梁各断面腹板处最大温差为1.3℃; 小半径曲线刚构箱梁桥顶板竖向温度梯度变化规律与《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2015) 中相似, 顶板上下表面间最大温差为14.3℃, 且箱梁顶板下表面温度变化滞后箱梁顶板上表面约3 h; 小半径曲线刚构箱梁桥顶板下表面会出现最大为3.13 MPa的横向拉应力, 顶板上表面、腹板外表面也均会出现超过2 MPa的横向拉应力; 小半径曲线刚构箱梁桥梁端与跨中位移变化趋势相反, 初步揭示了日照时变辐射作用下小半径曲线刚构箱梁桥的蛇形运动规律。      

磁浮列车与轮轨高速列车对线桥动力作用的比较研究

以德国Transrapid高速磁浮列车和日本新干线高速列车为基础,通过建立高速磁浮、轮轨列车与线桥动态相互作用模型,计算了不同行车速度(100～500km／h)和不同桥跨(12～32m)情形下高速列车与桥梁结构的动力响应,并进行了细致的对比分析。结果表明：磁浮列车在高速特别是超高速运行条件下的乘坐舒适性明显优于轮轨高速列车;磁浮与轮轨高速列车作用于轨道的每延米荷载大体相当;高速磁浮列车对小跨度(22m以下)桥梁的动力作用小于轮轨高速列车,而对中等跨度尤其是大跨度桥梁,轮轨高速列车较高速磁浮列车具有明显的优越性。     

山区铁路小半径曲线强化轨道动力性能

基于系统工程思想,运用机车车辆-轨道耦合动力学理论,对采取了强化技术对策后的山区铁路小半径曲线轨道的动力性能进行仿真计算,并与强化前轨道结构动力学性能进行了对比分析。分析结果表明:强化后轨道结构的轮轨动态相互作用力及轨枕支点压力均较强化前的相应值略大,但皆属相同安全合格等级;强化轨道结构位移大幅度降低,有效抑制轨道结构变形,增强线路稳定性,尤其是钢轨横向位移和轨距动态扩大量较强化前下降十分显著,前者仅约为后者的1/3左右;强化轨道也有利于降低轨下结构振动和减轻列车提速后对轨下基础的破坏。     

小半径弯梁桥的设计要点

由于弯梁桥的挠曲变形比一般相同跨径的直线桥大,且受弯矩及扭矩的共同作用、内梁和外梁受力不均等诸多问题困扰,使弯梁桥的设计存在一定难度。结合新疆某实际工程,从弯梁桥的跨径布置、截面选择、支承方式等方面,对小半径弯梁桥的设计要点进行了归纳,认为曲线梁桥采用整体性好、抗扭刚度大的就地浇注的连续箱梁比较好,最好采用普通钢筋混凝土结构,弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋,除布设抗剪钢筋外,还要配置较多的抗扭箍筋。     

小半径曲线预应力箱梁桥设计

结合某小半径曲线连续梁桥的工程实例,简要论述了小半径预应力混凝土连续梁桥在计算理论、受力特点和构造上的处理方法,并对曲线梁桥设计要点进行了总结。     

长大列车通过弹性曲线轨道仿真求解方法研究

为解决长大列车与连续长弹性轨道的同步仿真问题,以列车通过曲线轨道为例,采用重载列车-轨道耦合动力学模型,分析了压钩力作用下轨道结构与30 t轴重列车的动态特性,提出了长大重载列车与轨道动态相互作用仿真时模型的简化求解方法.该方法将庞大的列车/轨道耦合振动系统以有限数目的三维车辆模型代替,并考虑其轨下基础结构弹性,从而极大缩减系统运动自由度.研究结果表明:列车可简化为单质点车辆模型和三维车辆模型混合的短编组列车,当模型中只包含一个三维车辆模型,且其前、后车辆均以单质点模拟时,计算结果偏低;列车承受2 200 kN压钩力并通过400 m半径曲线线路时,货车最大轮轨横向力和垂向力较多节三维货车编组模型的计算结果分别低估了24%和4%,钢轨横向、垂向位移则被低估了20%和8%;端部车辆采用单质点模型、中部采用三维车辆模型的车辆数至少为3时,才能较为准确地反映中间目标车辆处轮轨作用力和其下部轨道结构的动态特性.      

跨座式列车与预应力混凝土轨道梁动力特性分析

为研究跨座式单轨列车与预应力混凝土轨道梁的动力特性,建立了列车-轨道梁空间耦合振动模型.车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁用模态综合法建立其运动微分方程.计算了不同车速下车辆和轨道梁的动力响应.结果表明:车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大;在计算车速下,轨道梁具有良好的动力特性,列车能安全舒适地通过此轨道梁.     

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

参数变化对PRC弯梁桥动力性能影响仿真分析

为分析参数变化对PRC弯梁桥动力性能的影响,推导了考虑预应力效应的弯梁桥单元刚度矩阵,并建立了考虑预应力效应的PRC连续箱形弯梁桥模型。采用数值仿真方法,研究了预应力、曲率半径、弯扭刚度比、约束情况、截面翘曲及车速等对PRC箱形弯梁桥自振特性的影响,研究了预应力和曲率半径对PRC箱形弯梁桥动力响应的影响。结果表明：各种参数的变化对PRC弯梁桥的动力性能均有影响,且具有一定的规律性,给出了各设计参数的合理取值范围,对PRC弯梁桥的设计具有一定的参考价值。     

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿一拉夫森达代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。     

高速铁路车辆与路桥过渡段垂向耦合系统动力模型

充分考虑路桥过渡段轨面弯折变形的情况,对车辆与线路垂向耦合系统动力分析模型进行优化扩展,建立车辆与过渡段垂向耦合系统动力分析模型,并提出计算机求解的思路,可较好地模拟列车高速通过时路桥过渡段和车辆的动力特性,对实际工程具有参考意义。     

结合忻阜高速谈曲线梁桥设计

结合工程实例,详细分析了曲线梁桥的受力、建模、结构设计要点,总结出曲线梁桥区别直线梁桥的特点,指导实际设计过程,有针对性与可操作性,避免工程人员因认识不足而造成工程事故.     

Dynamic Response of Elastic Sleeper Ballasted Track on Bridge

A vehicle-track-bridge coupling dynamics model was built based on the theory of vehicle-track coupling dynamics. Using this model, a comparison was made between the dynamic response of an elastic sleeper ballasted track and a common sleeper ballasted track on bridge under the same working conditions. The results show that laying elastic sleepers on the bridge could solve the problem of large track stiffness caused by a thin ballast thickness, and improve the dynamic response of the bridge. This is beneficial to train operation safety and riding comfort.     

预应力混凝土曲线箱梁桥扭矩浅析

在预应力混凝土曲线箱梁桥中，预应力钢束产生的径向分布力是混凝土曲线箱梁产生扭矩的主要原因之一。因此，工程师们必须认识到扭矩分析的重要性，并掌握预应力钢束对混凝土曲线箱梁产生扭矩的原理及计算方法．建造出安全、经济、美观的曲线梁桥。     

广义梁格法在曲线梁桥分析中的应用

以一等截面曲线梁为例,分别通过梁格法计算和模型实测获得各曲线梁跨中挠度横向分布影响线．经对比分析发现二者吻合较好,说明用梁格法分析等截面弯梁桥的主梁横向分布是可行的。     

曲线钢箱梁多点横向顶推复位研究

针对曲梁桥常出现的横向偏移现象,以某独墩单支座的曲线连续钢箱梁桥工程实例,采用通用有限元软件进行了仿真分析,针对曲梁桥的特点,采用竖向顶升和横向顶推相结合的复位方法,优化了顶推复位工序,确定了每点的顶(推)力计算方法。施工实践及运营情况表明,该复位方案合理、可靠。