悬挂式单轨轨道梁桥在列车制动力作用下的动力响应

以中唐悬挂式单轨试验线为依托,采用有限元软件建立结构模型,分别计算了3种列车制动力作用下轨道梁桥的动力响应.结果 表明:在列车制动力作用下,轨道梁梁端纵向位移和墩底剪力呈波浪式增大;列车在轨道梁上制动完成时,轨道梁在纵向呈衰减振动;列车制动力越大,轨道梁梁端纵向位移、速度、加速度和墩底剪力也越大,并且列车制动完成后的振幅也越大.     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

制动力作用下铁路桥墩墩顶纵向水平刚度变化模型试验研究

研究目的:通过研究在制动力作用下墩顶刚度的提高程度,验证现行设计规范的合理性。研究结果:测试数据表明在制动力作用下墩身纵向刚度提高较小,提高幅度小于3%。对于常用墩台基础可不考虑制动力作用下墩顶刚度的提高影响,按现行铁路规范中的方法计算墩顶刚度能够满足当前工程需要。     

铁路桥梁墩台制动附加力规律研究

TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》规定墩台承受的制动附加力为竖向荷载的10%,不能很好地反映列车制动时墩台受力规律。建立重载铁路简支梁线桥模型,研究典型工况下墩台受力变化规律,并对主要影响因素进行分析。研究结果表明:满跨加载状态下,桥梁墩台整体承受约90%的轨面制动力,单墩最大制动附加力与对应单跨轨面制动力基本相等;单线加载单线受力对墩台受力更为不利,双线受力使约10%的轨面制动力沿另一线钢轨传入两侧路基;相邻墩顶线刚度差比值不超过10%时,桥墩承受的制动附加力基本不受影响;线路纵向阻力在一定范围内对墩台受力特征基本无影响。     

制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

城市轨道交通桥梁列车制动力试验研究

为研究城市轨道交通桥梁列车制动力及其传递规律,在某新建高架标准跨槽形梁上进行列车制动试验,得到车体最大减速度、有效制动力及钢轨附加力。测试结果显示:钢轨制动附加力远小于高速铁路无缝线路桥梁,且上部结构采用槽形梁可显著减小挠曲附加力;最大轨面制动力率为0.13,有效制动力率为0.10,轨面制动力率按现行规范取0.15偏于安全。建立梁轨相互作用有限元模型,计算试验荷载下钢轨附加力,将测试值与理论计算值进行比较,二者吻合较好。计算结果表明:有效制动力率随墩顶纵向刚度增大而增大,对常用跨度简支梁,有效制动力率可从0.09～0.15范围内选取。     

城市轨道交通桥梁纵向制动力传递分析

以城市轨道交通桥梁为对象,分析制动力作用于轨道面上的传递过程。将轨道、扣件、桥跨结构、支座、墩身及基础划成有限元,建立平衡方程,分析当列车制动时,纵向力的传递与分配。由于无缝线路的联系作用,制动力将分配至较广范围,每一桥墩承受的最大制动荷载只相当于有缝线路制动力的39 6%～56 8%。制动过程中,纵向制动力对钢轨引起的应力不大。当采用扭矩为60N·m的扣件,墩身高度超过10m时,制动过程中局部区段的扣件可能出现滑动现象。     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。     

连续梁桥制动墩墩顶纵向水平力值确定的探讨

根据铁路连续梁桥设计中遇到的问题,在制动墩设计中考虑活动支座摩阻力分担制动力的作用,同时考虑温度变化对活动支座摩阻力分担作用的影响,为制动墩设计提出简化、安全、可行的墩顶纵向力的计算方法。     

主控机车和从控机车通信信号延迟对2万t组合列车纵向冲动的影响

针对2万t组合列车存在的主控机车和从控机车通信信号延迟问题,基于多体动力学理论,建立了考虑通信延迟的列车纵向动力学仿真分析模型,仿真分析了列车在12‰长大下坡道循环制动过程中通信延迟对纵向冲动的影响规律和不同机车电制动力下通信延迟对纵向冲动的影响。结果表明:列车纵向拉钩力和压钩力均随着通信延迟的增大而增大,而且最大压钩力位置随通信延迟增大向车尾方向移动;通信延迟对负向加速度影响较为明显,即对于中部机车,其负向加速度随通信延迟的增大而增大;对于前部和后部货车,随通信延时增大其局部位置车辆负向加速度波动较大;在列车制动过程中通信延迟对纵向冲动的作用受机车电制动力影响较小,而在缓解过程中,机车电制动力越小,通信延迟对列车纵向冲动作用越显著。     

汽车制动作用下混凝土梁桥下部结构动力响应分析

将制动力系数变化拟合为时变斜坡函数,由变形协调条件和力的平衡方程推导车辆各轮时变制动力,进而建立考虑汽车制动作用的车桥耦合空间动力分析模型并编制计算程序。依托某混凝土梁桥工程实例,采用所编制的程序,分析汽车制动作用下桥梁下部结构的动力行为特性。系统开展初始车速、制动加速度上升时间、制动峰值系数和车重等关键参数对桥梁下部结构动力响应的影响分析。研究结果表明:车辆制动作用下墩顶纵桥向动力响应显著,且该响应随制动加速度上升时间的缩短、制动峰值系数及车重的提高而大幅增加,初始车速对其有影响但无单调性规律。     

列车空气制动与纵向动力学集成仿真

长大列车纵向冲动一直是重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是列车纵向冲动的根源,制动特性试验方法已不能够满足仿真各种列车编组的纵向冲动分析的需求,特别是多机车不同步动作、列车中有可控列尾装置等使得试验基础上的制动特性更具有局限性,因此获得适用性更广的制动特性成为纵向动力学研究的首要问题。本研究开发了列车空气制动与纵向动力学联合同步仿真系统,该系统基于消息机制,能够在运行过程中改变列车驾驶指令。介绍列车制动系统和纵向动力学同步仿真基本原理,气体流动理论,列车管压强、缸内压强计算方法,机车牵引、动力制动,缓冲器特性、摩擦系数、纵向冲动等计算方法。仿真计算典型长大列车制动特性和纵向冲动特性并与试验结果进行比较,与试验结果吻合较好。该仿真系统适合于模拟各种编组列车在各种线路运行过程中制动力与车钩力等重要参数,为制动系统和列车纵向冲动等研究提供方法和手段。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道制动力与位移分析

基于有限元法,建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究列车制动荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力与变形特性,并对相关影响参数进行分析。研究结果表明:在制动荷载作用下,钢轨制动力的峰值出现在两端桥台及中间活动支座上方,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间活动支座达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;制动力加载方式对轨道结构纵向力及位移有较大影响,在紧急情况下,应尽量避免两列列车同时在桥上同向制动,以免钢轨承受过大的拉力,防止因相对位移过大而导致扣件失效;采用小阻力扣件对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的受力是有利的,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;随着桥墩纵向刚度的增大,轨道结构的受力随之减小,因此,为改善桥上轨道结构的受力条件,在可能的情况下,应尽量采用纵向刚度较大的低墩桥。     

制动缸充气时间对货物列车性能影响的仿真研究

采用列车空气制动和纵向动力学联合仿真系统研究制动缸充气时间对万吨列车和快捷货车的车钩力、制动距离与纵向加速度的影响。计算结果表明,长大列车制动缸充气时间对车钩力影响较大,快捷货车制动缸充气时间主要影响制动距离和列车纵向加速度,因此在长大列车制动系统充气时间设计时必须考虑车钩力因素,在设计运送易碎货物列车制动系统时需要考虑纵向加速度的限制。     

制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应分析

为研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题,建立车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型。根据高速列车制动减速度特性曲线确定列车制动力,利用Hertz理论求解轮轨力,通过交叉迭代法求解有限元数值方程。以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道制动为例,进行系统动力响应分析。研究结果表明:轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减,梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大;列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小;列车停车后,轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变,随后都有自由衰减的趋势;列车停车瞬间,列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。     

考虑制动条件的高速列车—轨道—桥梁系统动力响应分析

以CRH2型动车组制动通过铺设无缝线路的10跨简支梁桥为例,运用刚体动力学建立车辆模型,以空间梁单元模拟轨道和桥梁结构,非线性弹簧模拟线路纵向阻力,根据高速列车制动的特点确定列车制动力、轮轨密贴假定求解轮轨力,通过系统间全过程迭代求解系统方程,进行高速列车制动时车辆—轨道—桥梁系统动力响应分析。结果表明,在列车停车瞬间由于制动力的突然消失,车辆、轨道和桥梁结构的纵向均会出现最大振动;桥梁中间墩墩底截面的最大弯矩约为1 800kN.m,小于按我国桥涵设计规范中列车制动附加力静力计算方法得到的最大弯矩4 000kN.m,说明按规范中的静力计算方法计算的高速列车制动力有一定的冗余度。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

列车荷载下高速铁路路基沥青混凝土层力学特性研究

运用有限元软件ABAQUS建立高速列车轨道沥青混凝土层路基的动力学分析模型并予以验证,论证沥青混凝土层在高速铁路结构中应用的可行性,分析列车荷载作用下沥青混凝土层的力学特性以及沥青混凝土层厚度、材料弹性模量、列车速度对其受力状态的影响。研究结果表明:沥青混凝土层主要受力状态为纵向受拉,侧向受底座板的剪切作用;沥青混凝土层纵向受力不利位置在底座板伸缩缝处,横向受力不利位置在底座板边缘。建议沥青混凝土层的弹性模量不小于7 000 MPa,沥青混凝土层的厚度应不小于8 cm。     

快捷与普通货车混编列车纵向动力学仿真分析

快捷货车与普通货车在制动特性上存在较为明显差异,在混编列车制动过程中,由于不同车辆制动缸充气时间的差异,会导致车辆间制动效果的不同步性加剧,可能会出现车辆加速度、纵向冲击力过大等问题,影响列车运行平稳性,进而危害货物运输安全。由于在实际运用中,一般不进行快速列车解列,因此,在混合编组时将整列快捷货车分别编组在列车前、中、后部。使用列车空气制动和纵向动力学联合仿真系统对3种编组方式列车在紧急制动工况下的纵向动力学性能进行仿真计算及比较分析。计算结果表明:当快捷货车编组在列车前、后部时,车辆间分别会产生较大的压钩力和拉钩力,当快捷货车编组在列车中部时,列车车辆间纵向冲动较小,编组方式较为合理;列车制动力分布不均是影响列车纵向冲动的重要因素,当制动力较强车辆编组在列车前部和中部时,最大纵向力表现为压钩力,当编组在列车后部时,最大纵向力表现为拉钩力;3种编组方式下,列车最大纵向力出现车位均在快捷货车与普通货车连接位置。