中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合模型与验证

研究目的:在我国新建中低速磁浮运营线的背景下,因中低速磁浮轨道梁较为轻巧,为保证磁浮列车行车安全及舒适性,需对其进行磁浮列车-轨道梁耦合振动分析验证。本文以株洲某厂磁浮试验线20 m简支梁为工程背景,建立车辆为12个自由度的二系悬挂质量-弹簧-阻尼模型,并考虑轨道不平顺对车桥振动的影响,建立磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动分析模型,且编制仿真分析软件VTBIM,通过仿真值与现场试验实测值的对比,验证所建模型的合理性。研究结论:(1)现场试验测试轨道梁基频、振型及轨道梁跨中动挠度/加速度,轨道梁基频及振型测试结果比仿真值略小;(2)磁浮车辆通过简支梁时,梁跨中竖向挠度/加速度的实测值均略小于仿真值,仿真值随车速的变化规律与实测值规律一致,挠度时程曲线仿真值与实测波形基本一致;(3)研究结果表明本文所建立的中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动模型合理,编制的仿真分析软件的计算结果可信;(4)该研究结果可用于中低速磁浮轨道梁设计参考。     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。     

超高速磁浮车辆-简支梁桥的耦合动力响应

以真空管道交通为代表的新型交通系统以磁悬浮为主要形式,其运行速度可超过1 000 km/h。本文以磁浮列车超高速通过简支梁桥为研究对象,建立磁浮车辆-桥梁耦合系统动力分析模型,采用数值分析方法计算超高速磁浮车辆通过简支梁桥时耦合系统的动力响应,并分析桥梁跨数、结构阻尼的影响。研究结果表明:随着车速提高,系统动力响应整体增加并表现出越来越明显的时间滞后现象;超高速运行条件下车辆舒适性与安全性满足要求,而桥梁竖向振动加速度过大导致其成为行车安全的控制性指标。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

中低速磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动仿真分析

以长沙中低速磁浮列车和25 m跨径简支梁为对象,建立包含完整悬浮控制系统和细致轨道结构的磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动模型,编制数值仿真程序,计算车辆以80 km/h速度通过不平顺线路时车轨桥耦合动力学响应,利用已有文献测试结果初步验证仿真模型。结果表明,车体的垂向振动很小,悬浮间隙波动量不超过0. 6 mm,最大动态悬浮力占额定悬浮力的24%,中低速磁浮车辆运行平稳,电磁铁动荷载系数低。桥梁跨中垂向挠度为2. 66 mm,小于磁浮简支梁挠跨比设计限值;跨中轨缝处F轨最大垂向位移为3. 04 mm,其中包含轨排自身弹性变形产生的0. 4 mm垂向位移,约占F轨总位移的13%。梁端和跨中处伸缩接头很好地限制F轨端部变形,但F轨端部垂向加速度幅值超过2g,约为中部的4倍,这对F轨伸缩缝连接副提出较高要求。     

货物列车作用下南广高速铁路郁江特大桥车桥动力仿真分析

南宁—广州高速铁路郁江特大桥为客货共线铁路,为了确保货物列车的走行性能及桥梁的振动性能,需要进行车桥动力仿真分析。选用代表性的1节DF4+20节C62作为货物列车编组,采用SIMPACK软件建立列车多体动力学模型,确定车辆和桥梁两个相对独立子系统的动力学评判指标并综合给出了评判标准。在此基础上基于多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS联合仿真技术,仿真计算了货物列车以不同运行速度通过桥梁时的车桥动力响应。结果表明:在计算速度范围内未发现明显的共振车速(或敏感车速);桥梁挠跨比和振动加速度均满足限定要求;车辆运行安全性和平稳性都有一定的储备。     

高速磁浮简支箱梁桥车致动力响应分析

为研究600 km/h高速磁浮简支箱梁桥方案的车致动力行为,基于柔性体动力学方法,建立并验证了磁浮列车通过桥梁的桥梁动力分析模型。以跨度30.96 m高速磁浮简支箱梁桥为研究对象,进行不同梁高的桥梁动力特性对比,分析不同梁高和车速对高速磁浮桥梁动力响应的影响。结果表明:所建立移动荷载过桥动力分析方法能较好地反映磁浮列车通过桥梁时的桥梁动力响应。针对2.8,3.0,3.2 m三种梁高,速度分别为200～480,200～500 km/h和200～540 km/h时,桥梁竖向位移随速度变化的幅度较小,当速度分别超过480,500 km/h和540 km/h时,桥梁竖向位移急剧增大。2.8 m梁高的桥梁动力系数最大为1.319。桥梁竖向加速度随速度变化出现3个极值点,320～360 km/h速度对应的桥梁竖向加速度最大,2.8 m梁高对应的加速度为4.040 m/s~2。     

中低速磁浮列车系统振动响应的非线性度分析

基于磁浮列车车辆—轨道—桥梁耦合动力学、电磁学、控制学和现代信号分析理论,采用数学建模与数值计算方法研究磁浮控制系统不同参数状态下车辆振动响应的非线性特征(非线性度).首先建立中低速磁浮列车—轨道—桥梁的耦合动力学模型和PID悬浮控制模型;然后编制数值计算程序,计算车辆系统在不同控制参数下的动力学响应及其非线性度指标;...     

时速400km高速铁路预应力混凝土简支梁竖向基频下限探讨

以24～40 m典型跨度简支梁为研究对象,通过有限元计算分析,确定不同跨度桥梁及不同列车荷载的简支梁容许动力系数.基于移动荷载列-桥梁动力仿真模型,探究列车移动荷载列形式、列车时速、简支梁跨度、竖向基频对梁体动力响应的影响规律.结合梁体振动加速度、容许动力系数和规范要求,确定时速400 km高速铁路预应力混凝土简支梁桥...     

磁悬浮轨道梁刚度对列车走行性影响研究

高速磁悬浮列车过桥为移动的均布荷载过桥 ,它与铁路车辆集中荷载过桥不同。磁浮列车整车模型和移动荷载模型过桥的有限元仿真分析证实在轨道梁第一阶自振频率 f接近磁浮列车速度与轨道梁跨长之比接近v/L时 ,轨道梁动力响应最大。桥梁动力响应随着轨道梁刚度增加而减小 ,当轨道梁第一阶竖向自振频率大于vmax/L时 ,轨道梁不会出现剧烈振动 ,再增加轨道梁刚度不能有效地减小振动     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

Test Analysis of the Vibration Response of Trough Girder Bridge in the Small Radius CurveEI北大核心

Research purposes: The bridge in circinate line of Hefei Railway Hub was built in the curve with radius of 300 m. In order to reduce structural height of the bridge across the Huainan railway, the single-line simple trough girder bridge with 32 m span was applied. The lateral vibration of the vehicle and bridge is intensified under the action of centrifugal force, and the torsion effect is obvious when the train running on the bridge in the small radius curve. On the other hand, the torsional rigidity of the trough girder with open section is lower than that of the closed box girder. Moreover, the wheel lateral force and the derailment coefficient is increased, and the reduction rate of wheel load is also increased owing to centrifugal force caused by unbalanced superelevation. In order to ensure the safe and smooth operation of the train and reveal the dynamic performance of the trough girder bridge in the small radius curve, the vibration response of the single-line trough girder bridge is tested and analyzed. Research conclusions:(1) The measured vertical and horizontal fundamental frequencies of the trough girder bridge are obviously larger than the vertical self-vibration frequency limit given by the relevant specification and the normal value of the measured transverse minimum natural vibration frequency. The lateral stiffness of the bridge is mainly controlled by its foundation stiffness. (2) The stiffness of the bridge can meet the requirements of C62 freight train safe running on the trough girder bridge in the curve with radius of 300 m at a speed of not more than 40 km/h. (3) The transverse vibration response of the bridge consists of the transverse static response of the structure caused by the centrifugal force and the lateral dynamic response caused by the coupling vibration of the vehicle-bridge system. (4) The research results can be referenced in the design of the railway bridge in the curve and coupled vibration analysis of trains and bridge in the small radius curve. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

采用槽形梁桥面的大跨度钢桁拱桥车桥动力分析

槽形梁道碴桥面是适用于钢桥的一种桥面新形式,为研究该种桥面的钢桥动力性能,以某大跨度钢桁拱桥为研究对象,将列车、桥梁视为联合动力体系,建立了列车与大跨度钢桁拱桥的车桥耦合动力分析模型.在建立桥梁的有限元分析模型时,对该桥所采用的槽形梁形式桥面选用了梁格法来建模.计算桥梁的自振特性;采用计算机模拟方法,计算了ICE高速列...     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥动力试验及车桥耦合振动分析

对跨径140 m的铁路钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥进行全桥动力试验。采用脉动法测试其自振特性;动载试验中试验列车分别以不同速度匀速通过桥面及以一定速度在指定位置处制动,测试各工况下桥跨结构的应变、位移、加速度的时程响应,并将实桥测试结果与该桥的车桥耦合振动计算结果作比较分析。结果表明:该桥具有良好的竖向和横向刚度及结构强度,整体动力性能良好,而通过列车对桥跨结构有一定的冲击作用;实测动力响应及其动力系数结果与理论计算结果相符较好,两者随着列车运行速度的增大而呈现相同的规律性;列车运行具有较好的安全性与舒适度;该类型桥梁适用于大跨度铁路桥梁。     

大跨度公轨两用单跨悬索桥研究

研究大跨度公轨共用单跨悬索桥梁式方案及桥面系布置方式,分析桥梁结构的受力特点,提出影响列车行车安全的控制因素及设计技术措施,确定合理的竖向刚度要求,总结设计标准和关键技术措施。研究认为,随着悬索桥跨度的增大和结构质量的增加,主梁弯曲的贡献率逐渐减小,而主缆重力刚度的贡献率逐渐增加;控制悬索桥刚度的主要因素有跨度、主梁截面、主缆截面、矢跨比及桥塔抗推刚度;通过控制主梁竖向刚度、梁端折角及扭转刚度等参数可以保证轨道的平顺性;通过合理的轨道桥面系体系的布置,可以使轨道结构受力更加合理。     

高速行车时多塔斜拉桥动力性能研究

以某三塔斜拉桥设计方案为背景,通过数值计算分析,研究高速磁浮列车通过多塔斜拉桥时的结构动力性能。研究表明,三塔斜拉桥由于一阶竖弯振型的反对称性,在列车荷载作用下其行车方向的第二主跨易发生二次激振现象,使该跨的动力响应大于第一主跨,且桥梁竖弯基频越低,二次激振效应愈明显。为了降低桥梁过大的动力响应,提出几种加劲措施,分析表明,采用钢桁架加劲方案能大幅度提高桥梁的整体刚度,极大地改善其力学性能;采用中塔塔梁固结、边塔漂浮的结构体系对桥梁整体刚度的提高较为明显,适于多跨长联多塔斜拉桥。