隧道内弹塑性钢管混凝土防撞系统设计及列车撞击荷载研究北大核心

为了减轻列车在隧道内脱轨后引发的灾害,提出了一种设置于隧道内用于抵挡高速列车脱轨后撞击的新型防撞系统。该系统由W梁、W梁连接件、吸能块和钢管混凝土防撞墩组成。为了研究新型防撞系统的适用性,建立了列车-防撞系统-隧道耦合模型,计算得到在不同撞击角度和撞击速度下列车撞击力时程曲线,分析列车撞击力峰值与列车撞击角度、速度的关系,最不利工况下车头的横向速度、位移时程曲线,以及撞击后列车与防撞系统的形态变化。结果表明:列车撞击力随撞击角度和速度的增大而增大,且撞击角度变化对撞击力影响较大;新型防撞系统可以抵挡列车的撞击作用,吸收部分碰撞能量,并且受到撞击后整体结构保持完整。     

车辆墩柱模型碰撞动力响应分析

针对车辆桥墩撞击问题,完成了不同车速下小车—墩柱碰撞的室内试验,采用通用显式动力分析程序LS-DYNA,建立了车辆—墩柱碰撞有限元模型,分析了不同车速下的系统动力响应。计算结果表明,车辆撞击速度越大,墩柱动力响应越大,墩顶加速度与墩前应变基本与车速成正比;墩柱底部完全固结,其动力响应比弹性约束小。     

耗能防撞装置在桥墩基底摇摆隔震中的性能研究

在桩基础桥墩基底摇摆隔震中,提出1种增加柔性耗能防撞装置设计方案.当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降.利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法,建立适当模型,并对防护围刚度分3种情况进行讨论.发现在撞击防撞装置的过程中,前期为部分防撞圈发挥作用,后期为全部防撞圈发挥作用,并且“同期作用历时”越短越好.分析结果表明,降低防撞构件的初始刚度,可延迟最大撞击时间,同时可减小最大的撞击压力.     

吸能列车与障碍物撞击过程的研究和分析

根据第二类Lagrange方程,导出轨道列车撞击动力学微分方程;对吸能列车与障碍物发生撞击事故的过程进行模拟;分析在撞击过程中各车辆产生塑性变形的程度、列车及各车辆的吸能情况以及参与产生塑性大变形的车辆数;确定出车辆间的撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数.研究结果为设计耐冲击吸能车辆及如何减少列车碰撞事故造成的损失提供科学依据.     

吸能列车与障碍物撞击过程的研究和分析

根据第二类Lagrange方程，导出轨道列车撞击动力学微分方程；对吸能列车与障碍物发生撞击事故的过程进行模拟；分析了在撞击过程中各车辆产生塑性变形的程度，列车及中车辆的吸能情况以及与产生塑大变形的车辆数；确定出车辆间的撞击力，撞击作用时间，以及各车的速度，加速度等一系列参数，研究结果为设计耐冲击吸能车辆及如何减少列车碰撞事故造成的损失提供科学依据。     

刚构-连续梁桥船撞桥墩最不利位置及安全性评价

以湘府路湘江大桥(65+5×120+65)m刚构-连续梁桥为工程背景,采用2种方法研究了桥墩在纵横向船舶撞击力作用下的墩身弯矩随船舶撞击高度的变化规律,以确定船撞桥墩的最不利位置。方法一采用简化计算模型进行桥墩弯矩公式推导,方法二采用Midas Civil建立空间有限元仿真全桥模型进行墩身弯矩计算。计算结果表明:有限元仿真全桥模型计算得出的墩身弯矩与简化计算模型推导出的结论是一致的,在船撞力作用下整个桥墩中墩底弯矩最大,且墩底弯矩随着船撞力作用点的升高而增大;简化计算模型中采用了若干简化处理,在进行桥梁船撞安全性评价时宜采用有限元仿真全桥模型计算。本文结果对桥墩设计与船撞安全评价具有一定的指导意义,并在此基础上对此刚构—连续梁桥船撞桥墩安全性进行了评价。     

考虑桩土作用的桥墩车撞动力响应分析

桥墩受车辆撞击,可能发生强烈的动力响应,甚至产生破坏,对桥梁结构及行车安全造成很大威胁.为了更精确地分析桥墩受车辆撞击的动力响应,为桥梁防撞设计提供理论依据,比较分析是否考虑桩土作用所得计算结果的差异,从而探究考虑桩土作用对计算结果的影响.以郑州四环线某桥为背景,通过LS-DYNA软件基于有限域土体法、等效嵌固法、等效...     

船舶撞击桥墩的力学模型和横向瞬态响应

基于Timoshenko梁理论,建立船舶撞击桥墩的动力学模型,并对横向瞬态响应进行研究.桥梁基础结构和上部结构对桥墩的弹性约束分别采用抗推弹簧和抗扭弹簧来模拟,考虑上部结构对桥墩轴向压力的影响,同时基于能量泛函变分原理导出桥墩的横向振动方程.采用Laplace正变换和Crump逆变换,求解动力控制微分方程,获得桥墩时域内各种瞬态动力响应.采用有限元法进行分析,并将结果与本文方法及我国铁路规范的结果进行比较.结果表明:在弹性工作范围内,本文方法与有限元法的结果吻合较好,但与规范值相差较大.研究不同撞击位置、边界条件和上部结构轴向压力对其动力响应的影响,得出一些有益的结论.     

铜陵公铁两用长江大桥船撞引起列车脱轨分析

研究目的:准确测算船撞作用下桥梁的结构动力响应,对评估因船—桥碰撞后桥梁响应而引起的列车脱轨分析具有重要意义。本文围绕铜陵公铁两用长江大桥论述船撞桥墩引起列车脱轨分析的一般流程,首先通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟10 000 t级与5 000 t级船舶在最高、常规以及最低通航水位下满载正撞和侧桥向20°撞击桥梁的主塔和辅助墩,得出在各船撞工况下碰撞力-时程曲线。然后将船舶撞击时程曲线作为动力荷载输入至整桥有限元模型中,计算桥梁结构关键部位尤其是主梁的横向位移和加速度响应。研究结论:(1)在最高通航水位下,船舶满载正撞桥墩产生的撞击力最大;在该最不利工况下,撞击作用对桥梁结构动力响应以及列车的脱轨风险具有较大影响;(2)当3#主塔受到10 000 t级船舶撞击时,导致2#桥墩墩顶主梁的横向加速度达到0.922 m/s2,未超过列车脱轨加速度临界限制1 m/s2,列车脱轨概率极小;(3)通过简化的风险标准导出脱轨概率公式计算表明,该桥遭受到船舶撞击时,其列车的脱轨概率为9×10-5~1.5×10-4;(4)本文的研究结果可供航道上铁路桥梁因船舶撞击导致列车通行安全性研究参考。     

城市轨道交通线路终端防护设备--DDCQ2型滑移式缓冲挡车器

在城市快速轨道交通线路终端设置防护设备是十分必要的。本文介绍了新型的滑移式缓冲挡车器的设计技术条件及新的设计方案，研究了挡车器的制动力及轨道车辆在撞击挡车器瞬间的撞击力，讨论了挡车器是否会损坏轨道车辆等问题。     

横风作用下公路车辆与桥梁静气动力的数值模拟研究

横风作用下的风—车—桥耦合系统的振动分析需要准确识别车辆和桥梁气动参数。基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,计算分析了高低紊流度风场中不同风攻角下车辆和桥梁的静气动力,分析研究了静止车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性对车桥静气动力的影响。计算结果表明:由于车辆的干扰,不同风攻角下的桥梁静气动力普遍增大;风攻角对车辆静气动力系数影响比较大;紊流特性对车辆静气动力系数有一定影响,对桥梁静气动力系数影响不大。     

纵连板式轨道在墩台位移作用下梁轨相互作用规律研究

针对简支梁和连续梁,建立整桥系统的计算模型,对墩台位移引起的作用力作用下桥上纵连板式无砟轨道的梁轨耦合作用规律进行分析研究。研究表明:墩台位移引起的作用力是纵连式无砟轨道梁轨相互作用较重要的附加作用力,建议受日照及风荷载影响较大的高墩桥设计中考虑墩台位移引起的作用力的影响;连续梁与简支梁桥墩向右位移时所受的外荷载大致相当,轨道及桥梁各部件所受附加力也大致相等,且桥墩纵向位移越大,各部件所受附加力越大;考虑桥梁伸缩及桥墩位移的共同作用时,轨道及桥梁各部件的受力与变形均较单因素作用时量值大,且连续梁上各部件的受力与变形较简支梁大;从梁体位移方向的比较来看,当桥墩位移与桥梁伸缩方向相同时,钢轨、轨道板、端刺的受力及轨道各部件的位移较大,而当桥墩位移与桥梁伸缩方向相反时,剪力齿槽、墩台、底座板所受纵向力较大;从荷载耦合方式来看,桥梁伸缩及桥墩位移两种荷载耦合时,轨道及桥梁各部件的受力与变形要小于两种荷载单独作用后将计算结果叠加的情况,主要是由于滑动层摩阻力等线路约束阻力的塑性极限造成的。     

大跨度轨道桥梁在地震及列车倚载作用下的动力响应分析

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,通过建立地震荷载作用下车-轨-桥系统的动力响应分析模型,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥为研究对象,运用计算机仿真的方法,模拟了列车在不同强度和频率正弦波作用下过桥的全过程。分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对地震发生时车辆与桥梁结构动力响应的影响,以脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力作为评价标准,给出了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,可供轨道桥梁抗震设计时参考。     

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。     

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。     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

高墩大跨桥梁桥墩升温对桥上无缝线路的影响研究

高墩大跨桥梁桥墩整体在太阳辐射下升温,会使桥墩顶部产生竖向位移。对桥墩升温产生竖向位移对无缝线路的影响这一问题,使用有限元软件建立线-桥-墩一体化模型,分析高墩升温条件下桥上无缝线路的受力及变形。计算结果表明:桥墩的升温对桥墩受力影响较小,桥墩温度变化引起的线路竖向不平顺主要是长波不平顺。建议高墩大跨桥梁不考虑桥墩整体温度变化对线路受力的影响,但要对桥墩变形引起的竖向不平顺进行检算,以满足规范对桥上无缝线路验收的需要。     

不同荷载图式作用下桥上无缝线路纵向力研究

2016年客货共线设计活载采用ZKH荷载图式代替了中-活载图式,其与ZK荷载图式存在明显差异,但两者作用下的无缝线路纵向力差异鲜有研究。建立有砟轨道单线简支梁线桥模型,对比分析了ZK,ZKH荷载图式作用下的无缝线路纵向力,研究了荷载图式变化对无缝线路纵向力的影响,并对建议的墩顶线刚度限值进行探讨。研究结果表明:ZK荷载图式作用下的无缝线路纵向力明显小于ZKH荷载图式,不同荷载图式引起的无缝线路纵向力差别受桥梁跨度影响不大,荷载图式作用下的无缝线路纵向力与图式竖向荷载基本呈线性关系。设计活载较大的线路对应的墩顶纵向线刚度限值也越大。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力研究

采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台、空间梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟桥梁与墩台及轨道之间的连接,建立梁—轨纵向相互作用三维有限元空间力学模型。以丰沙线永定河单线铁路桥梁、秦沈线沙河双线铁路桥梁对其进行计算验证。以秦沈客运专线32 m多跨双线整孔简支箱型梁桥为例进行纵向力分析,研究结果表明:列车在桥上双线对开,钢轨挠曲附加力有明显增大;列车在桥上单线制动,四根钢轨的制动附加力有较大的差别;列车在桥上双线对向制动,相比单线制动,钢轨制动附加力有一定程度增大,但增大得并不多。