大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

跨座式单轨车辆-轨道梁耦合振动的计算分析

研究目的:为评定跨座式单轨交通的行车平稳与乘坐舒适性能,对车辆与轨道梁的动力相互作用进行研究,建立跨座式单轨系统空间耦合振动模型并编制程序进行仿真分析,计算评价标准形式PC轨道梁的动力特性,探讨不同车速、载客状态对系统动力响应的影响水平。研究结论:(1)轨道梁跨中竖向挠度和横向位移与车速的关系不明显,跨中横、竖向加速度和墩顶横向振幅、加速度随车速的提高而增大,载客量的增加会增大轨道梁跨中竖向挠度;(2)车体横、竖向加速度均随车速的提高而增大,随载客量的增加而有所降低;(3)轨道梁动力性能良好,在设计车速与载客量条件下,单轨车辆可平稳舒适地通过轨道梁桥;(4)本研究成果可为跨座式单轨交通系统的结构设计与运输管理提供参考。     

基于UM软件的高速铁路车桥系统振动响应参数分析

为研究车桥系统运行的影响规律,建立了车-桥耦合系统的振动分析模型,用UM软件进行了计算分析。对高速铁路列车过桥的动力响应进行了研究。对比了桥梁刚度、桥梁阻尼、列车速度、列车数量对车桥系统的影响规律。结果表明:随着列车运行速度增加,车辆和桥梁的动力响应也相应增大,但不是线性增大;桥梁的横向振幅随桥梁横向刚度的增大而减小;桥梁阻尼和列车数量对车桥系统影响较小。     

反向曲线铁路桥梁车桥耦合动力分析研究

研究目的:铁路桥梁设在反向曲线上时,相关规范要求需进行充分论证。本文以某车站扩能改造工程中由于受到地形条件限制而设计的反向曲线铁路桥梁为例,采用MSC.PATRAN和ADAMS/RAIL分析软件,分别建立完整的桥梁和列车三维空间模型,分析CRH1动车组在不同车速条件下通过该桥的车桥耦合振动情况。研究结论:(1)通过对桥梁各跨的纵、横向位移,加速度以及脱轨系数、轮重减载率、车体加速度、Sperling舒适性指标等动力性指标计算结果的分析可以得到:CRH1动车组以70~90 km/h速度通过该反向曲线铁路桥梁时,车辆的脱轨系数和轮重减载率随着车辆的行驶速度增加而增加,桥梁各跨的竖向和横向振动位移较小,桥梁竖向和横向振动加速度小于规范规定的限值;(2)该桥梁具有较大的纵、横向刚度,满足列车运行的安全性及舒适性要求;(3)由于受到地形条件限制而设计的反向曲线桥梁方案是可行的;(4)本研究成果能够为位于反向曲线的铁路桥梁车桥耦合振动研究提供参考。     

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明：车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。     

临时铁路便桥的动力特性分析

应用MIDAS软件建立有限元模型,计算临时铁路便桥的振动特性,分析其结构自振频率及振形。采用车桥耦合振动分析软件VBC2.0,对列车通过临时铁路便桥时引起的车辆与桥梁结构耦合振动进行数值仿真分析。通过分析和计算临时铁路便桥动力响应位置的横向振幅、横向加速度、竖向位移和竖向加速度表明,脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力、车体竖向和横向加速度的最不利计算结果能够基本满足相关规范要求,可以保证列车安全运行。     

汽车动力作用对曲线梁桥地震反应特性的影响分析

为探讨移动车辆作用对曲线梁桥地震反应的影响,采用模态综合技术,提出考虑地震作用的曲线梁桥车桥耦合振动分析方法.以4×40 m曲线连续梁桥和典型3轴重车为对象,编程分析车辆动力作用下曲线梁桥地震反应特性,研究车辆关键参数、不同地震动类型等因素对曲线梁桥地震反应的影响.研究结果表明:增加车重和车速,结构地震响应受到车辆作用的影响增大;提高地震动峰值,车辆作用对桥梁地震响应的影响减弱;不同场地条件下,车辆作用对桥梁地震反应的影响存在明显差异,地震波频率集中时影响较大.     

既有线32 m下承式钢板梁加固方案的车-桥动力仿真分析

为配合沪宁线250 km·h-1提速改造工程,运用车桥耦合振动方法,从车辆和桥梁动力响应角度,对一挠跨比、跨中梁体横向振幅及横向加速度均超过<铁路桥检规>通常值的32 m下承式钢板梁进行加固方案比选.车-桥仿真计算结果表明:加强主梁可以明显提高桥梁的竖向刚度和横向刚度,降低车辆的轮重减载率和车体垂向加速度;增加横向连接系措施可以降低桥梁横向振动加速度;当车速超过220 km·h-1时,可降低车辆的脱轨系数;2种桥梁加固措施几乎不改变车体横向加速度;同时采取加强主梁和增加横向连接系的不同加固方案的效果相差不大.加固后的现场试验表明,该桥的竖向刚度提高明显,比加固前提高约50%,桥梁和车辆的动力响应也均满足相关规定,能够保证提速条件下列车运营的安全性、舒适性和平稳性.     

小半径反向曲线桥梁车致振动试验研究

结合宁波北站铁路枢纽东疏解线新建小半径反向曲线桥梁动载试验,阐述列车通过曲线桥梁的耦合振动分析理论,根据实测结果对桥梁结构横向自振频率、横向和竖向加速度、横向振幅与位移进行分析,评定列车通过该小半径反向曲线桥梁的运营性能。根据试验分析结果,对小半径反向曲线上桥梁动力特性的理论分析进行验证和比较,提出桥梁有限元模型中基础刚度计算修正的建议。然后,根据修正后的桥梁计算模型,进一步对本桥车桥耦合振动响应进行数值分析,提出货运列车通过该桥梁的合理运行速度及相关建议。     

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.     

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。     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。     

客运专线铁路宽幅长联大跨连续梁桥设计关键技术研究

杭州钱江铁路新桥是沪杭甬客运专线和杭长客运专线跨越钱塘江干流的客运专线连续梁桥,该桥桥面宽、跨度大、单联跨数多长度大,结构受力纵横向均较复杂,空间效应极其明显,其关键技术设计需要得到重视与研究。结合杭州钱江铁路新桥有限元模型及车桥耦合动力分析,对剪力滞效应、偏载系数效应、抗震及减震措施、大位移伸缩缝、车桥耦合振动等关键技术问题进行了研究。活载偏载下剪力滞效应显著,正应力与扭转剪应力偏载系数存在差异,黏滞性阻尼可有效减少制动墩顺桥向水平地震力和面内弯矩,TW450型伸缩装置可满足梁端伸缩大位移要求,设计列车运行速度范围内桥梁与车辆动力响应满足要求。     

基于弦测技术的铁路上承式拱桥桥面变形限值研究

铁路拱桥桥面过大变形将危及列车行驶和桥梁结构的安全,但已有关于拱桥变形限值标准及评判依据的研究较为少见。以某上承式拱桥为研究对象,建立桥梁全桥有限元模型并进行车桥耦合振动分析,研究温度及不同倍数徐变引起的桥面变形对列车动力响应的影响,对比分析弦测法弦长与列车在轨道和上承式拱桥上运行的动力响应间的对应关系。结果表明:仅考虑轨道不平顺激励时,30～50 m弦测法能够较好地反映高速列车的加速度响应的变化规律;上承式拱桥徐变倍数为1.6时,车辆竖向加速度响应超限;仅轨道不平顺作用下列车竖向加速度卓越频率约为1 Hz,运行在上承式拱桥上时的卓越频率在1～2 Hz,说明影响振动的波长范围由长波向中长波扩展;弦测法用于上承式拱桥时,采用20～30 m弦长;上承式拱桥温度及徐变极限变形20,25,30 m弦测矢量值为3.8,4.3,5.3 mm,对应的限值可采用3.5,4.0,5.0 mm。     

铁路工程车辆横向失稳动力学特征分析

以工程车辆正线动力学性能型式试验数据为研究对象,论述了国内外铁路对车辆横向失稳试验的判定,从车体和构架横向振动加速度、轮轴(轨)横向力及轮轨垂向力3方面对试验过程中车辆横向蛇行失稳时呈现的动力学性能特征进行分析、归纳和总结。结果表明,焊接构架式转向架的工程车辆,采用构架横向加速度10 Hz滤波后,连续峰值5 m/s2来进行横向失稳评判较为合理。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

基于地基雷达的高铁简支箱梁运营性能检定

针对高铁桥梁运营性能参数传统测试方法存在的数据采集设备安装困难、数据传输不稳定、工作效率低等问题,运用地基雷达非接触、高精度、高频率测量技术,对京沪高铁31.5m预应力混凝土双线简支箱梁进行运营性能检定。结果表明:在动车组时速为300km以上、载客运行状态下,检测得到该桥梁体的自振频率为6.823Hz,挠跨比为1/7 150~1/9 450,梁端转角为0.33‰~0.43‰;单线运行条件下梁体竖向振幅为0.13mm,横向振幅为0.07mm;实测动力系数小于运营动力系数;基于地基雷达的检定结果与传统方法检定结果相吻合;简支箱梁的运行性能参数与相关规范规定的通常值相接近;采用地基雷达能够方便、快速、高效地检定出高铁桥梁的梁体自振频率、梁体跨中挠度、梁端转角、运营动力系数、跨中竖向振幅和横向振幅,为我国高铁简支箱梁运营性能检定提供了新的方法。