城市轨道交通荷载作用下连续箱梁桥动力测试与仿真分析

混凝土连续箱梁桥在城市轨道交通中得到越来越多的应用,针对地铁列车-连续梁桥耦合系统动力性能的研究有助于保障城市轨道交通的运营安全。以一座跨市域轨道交通(50+82+50) m变截面混凝土连续箱梁桥为工程背景,开展桥梁动力试验获取结构自振特性和地铁列车作用下的振动响应。建立地铁列车-连续梁桥耦合系统的动力分析模型并编制计算程序,通过对比数值分析与现场测试的结果验证耦合系统模型的有效性。采用经验证的车桥模型进行动力仿真,计算分析了不同运营条件下车桥系统的动力响应及行车安全性与平稳性指标。动力测试与仿真分析结果表明,所建立的地铁列车-连续梁桥耦合振动模型能够真实反映车桥系统的动力性能,可用于城市轨道交通大跨连续梁桥的车桥耦合动力分析。三跨变截面混凝土连续箱梁桥具有较好的动力性能,结构横、竖向刚度较大,正常运营条件下的车桥响应及列车走行性指标均较小。车速可影响车辆、桥梁振动响应及列车走行性,但对桥梁跨中的动挠度影响较小。轨道状态对车桥系统的动力性能有显著的影响,且随着车速的提高影响加剧。当轨道平顺性大幅下降时,120 km/h车速下轮重减载率和竖向Sperling指标出现超限的情况。研究结果可...     

箱型桥梁结构的面板声学贡献分析

以高速铁路32 m混凝土简支箱型桥梁为研究对象,通过有限元软件建立了轨道-桥梁分析模型,采用车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,分析了桥梁结构的竖向振动,并将得到的竖向振动响应作为边界条件,导入到箱梁边界元模型中预测箱梁结构噪声。同时基于面板声学贡献分析理论,进行了箱梁梁体的面板声压贡献分析和声功率贡献分析,确定箱梁梁体辐射噪声的最大部位。研究结果表明:列车以200 km/h的速度运行在高架轨道上时,箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100 Hz范围内,其中在20 Hz和42 Hz左右有比较突出峰值。同时由面板声学贡献分析可知箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面板。     

高速铁路桥梁振动噪声影响参数研究

为了探究桥梁结构的振动噪声,以24 m简支箱梁为研究对象进行车桥耦合动力分析,求解轨道不平顺作用下的竖向轮轨力。利用有限元与边界元结合方法,建立桥梁结构声场分析模型,此模型将竖向轮轨力作为激励,以桥梁结构的动力响应作为边界条件,分析噪声声压级的频率分布特性和传播规律。研究表明,桥梁结构噪声最大值位于列车加载位置附近,声波能量由桥梁结构向外部空间辐射,其频段主要在100 Hz以下,分布于桥梁结构正上方与正下方。桥梁结构噪声在传播过程中,其衰减性随着传播距离增大而逐渐增加;噪声声压随车辆速度增加而增大,随桥梁刚度和腹板厚度的增大而减小。     

城市轨道交通高架桥箱梁结构振动特性分析

随着轨道交通快速发展,其引起的振动噪声问题日益突出。为了研究高架轨道箱梁结构振动特性,基于车桥耦合动力学分析模型,利用多体动力学与有限元法求解箱梁结构的振动响应,并从时域和频域两个角度对轨道箱梁结构的振动特性进行分析,研究发现:(1)列车以80 km/h的速度过桥,车致振动自上而下在轨道结构间传递时,扣件全频段减振效果明显,CA砂浆层的减振效果不佳。(2)箱梁桥的翼板竖向振动响应水平最大,腹板次之,顶板和底板较小,在进行箱梁振动控制研究时应重点关注翼板和腹板的振动。(3)箱梁桥不同截面位置振动的模态贡献存在差异,跨中截面以1阶竖弯振动为主,2阶竖弯振型对1/4截面振动贡献最大,3阶竖弯振型对梁端截面的振动响应贡献最大。     

城市轨道交通简支箱梁桥结构振动特性分析

研究目的:针对列车过桥时简支箱梁桥所发生的结构振动问题,本文总结分析以往利用SIMPACK软件建立的仿真模型,并基于多体动力学与有限元法,提出一种轮轨耦合仿真实现方法,据此建立城市轨道交通车桥耦合振动分析模型,进而从时域和频域两个方面对列车过桥时箱梁结构振动特性进行分析,以期为城轨高架箱梁桥的减振设计提供参考。研究结论:(1)列车以40 km/h的速度过桥时,箱梁翼板的竖向振动最强烈,其次为腹板,且箱梁的竖向振动较之横向振动更为剧烈;(2)列车速度增加不仅会增大箱梁的变形,也会使箱梁受到更大的冲击能量;(3)列车低速过桥时,40 Hz以下的低频模态对箱梁局部振动贡献较大;高速过桥时,基频模态对箱梁局部振动贡献最大,且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态,致使箱梁局部振动加强;(4)本文轮轨耦合方法不仅适用车桥间的耦合,也适用于车辆与大地或其他轨道结构间的耦合。     

列车交会时高架轨道箱梁结构振动特性分析

研究目的:针对列车交会运行时高架轨道箱梁结构的振动问题，基于车桥耦合动力学理论，建立多种列车交会工况下的车桥耦合联合仿真模型，从时域和频域的角度分析列车交会运行时箱梁结构振动传递规律，以期为高架轨道箱梁结构振动噪声控制提供理论依据。研究结论:(1)列车双线等速交会时，箱梁结构跨中截面的位移响应大于列车双线不等速交会时的位移响应，其中在箱梁顶板和底板位置，等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的2倍，不等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的1.66～1.72倍；(2)列车双线等速交会与单向运行时的箱梁局部振动频率基本相同，但等速交会时的加速度响应幅值约为单向运行时的2倍；(3)列车通过时，翼缘板处振动位移最大，腹板次之，底板最小；(4)本研究成果可为高架轨道箱梁结构减振设计提供理论依据。     

TMD抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动研究

针对我国既有铁路钢桁梁桥的振动特性,对机车、转8转向架货车和客车分别建立车桥TMD系统耦合振动方程,将轮对的蛇行及轨面不平顺作为主要的激振源,通过随机函数产生随机激振,利用车桥TMD耦合振动仿真程序的大量模拟计算,研究桥梁在列车尤其是长大空重混编的货物列车随机激励下的横向振动规律,分析多点调频质量阻尼减振器抑制铁路钢桁梁桥横向振动的效果。结果表明,TMD能有效的抑制既有铁路钢桁梁桥的横向振动。     

宜万铁路狮子口大桥车桥耦合振动仿真分析

为探讨列车通过高墩连续梁桥时的车桥耦合振动效应,为其他同类桥梁的设计提供参考,以宜万铁路狮子口大桥(高墩双线连续梁桥)作为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立车桥耦合振动仿真模型,计算其自振特性以及不同行车速度匀速通过桥时车桥系统的空间耦合振动响应。     

铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响研究

为探讨铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响,以某客运专线32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,开展实桥振动与噪声试验,分析箱梁振动与噪声的时域特性及频谱特性。采用有限元法建立三维空腔声模型,分析箱内空腔声模态与腔内噪声峰值的关联性。采用边界元法分别建立两端封闭与两端开口的箱梁声学模型,验证箱内空腔共鸣噪声的来源及其影响。结果表明:在特定行车速度下,箱内噪声出现"拍"现象,显著增大箱内噪声,瞬时最大声压可达40Pa,峰值频率为75.0Hz;箱内噪声的"拍"现象来源于顶板的振动噪声,顶板的振动峰值频率与箱内空腔垂向声模态频率吻合时,箱内噪声显著增大;由于梁缝的声泄漏特性,箱内空腔共鸣噪声在梁缝处衰减较大,但其对桥梁两侧总体噪声的影响不可忽略。     

城市轨道交通连续刚构桥车桥耦合动力分析

采用23个自由度的多刚体车辆动力分析模型、空间梁单元模拟桥梁结构,据位移协调原理,建立了广州市轨道交通四号线四跨变截面连续刚构特大桥沙湾大桥车桥耦合时变动力分析模型,并将轨道的竖向不平顺和方向不平顺作为系统的激振源,编制程序计算地铁列车通过时的车桥耦合振动响应。计算结果表明:在地铁列车常用编组和运营条件下,车辆与桥梁的振动响应随着列车速度的提高而缓慢增大;列车舒适性与安全性各项指标均能满足要求;桥梁具有足够的竖向刚度与横向刚度,所得结果可供设计参考。     

正交试验下槽形梁桥瞬态噪声影响分析

为了探讨结构参数对桥梁结构噪声的影响,以某拟建轨道交通槽形梁为研究对象,选取桥梁支座刚度、桥梁阻尼比、桥梁结构刚度3个影响因素,结合有限元-瞬态边界元理论,对其进行正交分析。研究结果表明:轨道交通槽形梁结构瞬态辐射噪声对桥梁结构阻尼和结构刚度的改变较为敏感,随着桥梁结构阻尼参数和结构刚度系数的增大,声场最大线性声压级逐渐减小;在结构辐射噪声近声场处,桥梁结构刚度对槽形梁结构噪声影响较为显著;在结构辐射噪声远声场处,桥梁阻尼比对槽形梁结构噪声影响较为显著;应当有针对性地对桥梁结构噪声影响参数进行优化,从而改善桥梁结构噪声性能。     

城市轨道交通高架结构噪声研究的进展

回顾了十多年来城市轨道交通高架结构噪声领域的研究状况。总结了结构噪声的频率特性、噪声和列车速度的关系、桥梁局部模态和整体模态对结构噪声的影响;比较了箱型梁和槽型梁的声压级指标。简要介绍了结构噪声的计算方法,同时指出了每种方法的不足;从减隔振、限制振动传播和能量衰减方面总结了相应的降噪措施,并重点介绍了减隔振降噪措施。最后,指出了该领域可进一步研究的问题。     

轨道交通双箱单室箱型梁结构改进后减振降噪效果分析

针对轨道交通高架桥结构振动噪声问题,将有限元振动分析理论与声辐射分析边界元法相结合,分析双箱单室箱型梁低频噪声辐射特性。通过改变腹板与轨道的相对位置,对比分析双箱单室箱型梁结构改进后的减振降噪效应。计算结果表明:双箱单室箱型梁改变腹板与轨道相对位置后,底板和腹板减振效果明显;场点的峰值声压也出现不同程度的降低,说明将腹板置于轨下的改进措施对双箱单室箱型梁减振降噪是有效的。     

箱梁悬臂板局部振动特性及其对列车走行性影响

以上海长江大桥引桥为背景,运用基于模态叠加的车桥耦合振动分析方法,研究箱梁悬臂板在列车作用下的局部振动特性及其对列车走行性的影响。研究结果表明:实体有限元箱梁模型能反映传统杆系有限元模型不能考虑的悬臂板局部振动响应,而且杆系有限元模型的计算结果低估了车桥振动响应;采用钢管加劲撑或者防撞护栏加强措施对悬臂板的局部刚度均有一定的提高,但防撞护栏措施比钢管加劲撑措施更利于行车安全;当悬臂板自振频率较低而列车车速较高时,可能产生显著的悬臂板局部共振响应;一般箱梁悬臂板上可以适合车速较低的城市轨道交通列车运行,但不能满足高速列车正常行驶要求。     

基于基准有限元模型的箱梁TMD振动控制研究

针对高架桥梁结构引起的振动噪声问题,研究TMD控制箱梁结构振动的特性。为了获得精准的箱梁有限元模型,首先以铁路32 m简支箱梁桥为原型,按10:1的几何相似比设计制作简支箱梁缩尺试验模型,应用ANSYS软件建立初始动力有限元模型;对有限元模型模态分析与试验模型模态测试得到的自由模态信息进行误差分析,并采用基于灵敏度分析的模型修正技术对初始动力有限元模型弹性模量和密度进行修正,得到基准有限元模型,误差确认结果显示修正后的有限元模型更精准地反应箱梁的振动特性;进一步利用基准有限元模型,开展TMD控制简支箱梁桥振动的研究,研究结果表明TMD对于抑制桥梁竖向共振有很好的效果。     

高速铁路32m简支箱梁声辐射特性研究

将列车-轨道-桥梁耦合振动理论与声辐射分析边界元法相结合,分析高速铁路32m单箱单室和单箱双室箱梁声辐射特性。结果表明:单箱单室箱梁动力响应均大于单箱双室箱梁,2种截面梁型在10～100Hz范围内振动密集,表现出结构局部振动特性,须采用板单元进行动力分析;箱梁结构噪声以低频为主,分布在小于250Hz频带内,适合采用边界元法求解;各场点声压级在梁底空间变化较小,距离每增加2m,声压级平均降低1.2dB,越靠近地面,声压级衰减越小;各场点声压级随与桥梁中心线距离的增大而减小,距离每增加9m,声压级平均降低3.7dB;距桥梁中心线25m处,各场点声压级随距地面高度增加而减小;行车速度为160～240km/h时,单箱单室箱梁比单箱双室箱梁声压级平均大14.2～4.3dB,速度越高,声压级差别越小。     

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.     

客运专线某钢管混凝土提篮拱桥列车走行性分析

针对武广客运专线胡家湾大桥,提出单箱三室箱形系梁的钢管混凝土拱桥空间振动分析模型,建立了高速列车-桥梁系统振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,计算了胡家湾大桥上列车走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数的计算式,并计算了该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,计算了该桥上列车走行舒适性。计算结果表明:ICE列车以不超过300 km/h车速通过该桥时,列车不会脱轨;桥梁抗脱轨安全系数很大,具有很高的抗脱轨安全度;在列车正常运行时,舒适性指标达到了良好以上等级。研究成果可为该桥设计提供理论依据。     

南京长江大桥128 m钢桁梁上列车走行安全性分析

京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁在提速货物列车通过时,其横向振幅很大,远远超过我国《铁路桥梁检定规范》规定的限值,涉及到该梁上列车走行的安全性。针对这一问题,运用桥上列车脱轨能量随机分析理论,对该梁上列车走行的安全性进行计算和分析,结果表明:当货物列车以不超过80 km/h速度通过该梁时,车桥系统横向振动是稳定的不会脱轨,列车走行安全性有保证。此结论符合现场实际情况,为该桥未采取限速措施提供了充分的理论依据。     

基于气象数据的桥梁结构温度作用研究

针对桥梁结构温度作用计算中的实测数据缺失问题,提出了基于日辐射总量、日气温和日平均风速等气象数据进行桥梁结构温度作用分析的方法。运用该方法建立了某混凝土箱梁桥的有限元模型,结果表明该方法可在缺乏实测数据时有效分析桥梁结构的温度作用;箱梁顶板温度与气温的时程曲线变化趋势相似,且顶板温度变化幅度更大但相对滞后;截面均匀温度同样呈现出滞后于气温变化的周期性波动;箱梁截面竖向温度梯度与新西兰规范中的温度作用模式吻合最好。