轻型墩桥梁横向振动检测与加固研究

研究目的：铁路提速后，大部分轻型墩桥梁横向振幅过大，墩与梁横向刚度不匹配问题十分突出，严重地影响了行车安全，为研究该类桥梁横向振幅过大的原因，提出合理的加固方案，特进行轻型墩桥梁横向振动的检测与加固研究。 研究方法：以某轻型墩铁路桥梁为研究对象，进行了车-桥耦合振动现场检测及分析，进而提出了2种加固方案，并进行了加固效果分析。 研究结果：该桥T梁自身跨中横向振幅基本满足规范要求，但各墩顶横向振幅均严重超限。研究结论：轻型墩横向刚度偏低、墩顶横向振幅过大是导致该类桥梁横向振幅过大的主要原因，本文提出在双柱式墩柱之间增设型钢剪力撑或增设两道横向劲性型钢连接并浇筑微膨胀钢筋混凝土，2种加固方案均能有效地提高轻型墩的横向刚度，控制轻型墩桥梁的横向振幅。     

重载运输条件下桥梁横向振动控制措施

随着我国重载运输的持续发展,列车编组增加、车辆轴重增大、运营密度增大,现役部分桥梁出现不同程度横向振动超限现象,对行车安全造成一定影响。以朔黄铁路4种典型墩梁体系为研究对象,对墩梁体系横向振动控制技术进行研究。结果表明:桥墩横向刚度对桥跨结构横向振动影响较大,对墩梁同时进行加固在控制桥跨结构横向振幅、提高桥梁整体横向刚度方面效果明显。     

临界参数法在重载铁路轻型桥墩加固中的应用

研究目的:重载运输快速发展引起桥墩振动加剧并影响列车安全运营,针对采用混凝土连接加固双柱式轻型桥墩中加固参数难以选择问题,本文提出一种基于双指标控制的临界参数法并完成实桥工程应用。研究结论:(1)墩身横向刚度和桥墩横向自振频率是临界参数法的两个双控指标,加固厚度和加固高度分别是固定参数和可变参数,在确定临界参数时需考虑加固效果、加固成本和后期维护便捷多种因素;(2)对于双柱式桥墩,加固厚度取大于墩身直径20 cm,60%的原始墩高为临界加固高度,加固后桥墩刚度和自振频率显著提高,增幅均在70%及以上;(3)采用临界参数法进行桥墩加固工程应用,加固后桥墩横向频率增幅接近100%,墩顶横向振幅降低50%以上,加固效果明显,而加固费用、施工难度和工期大大降低;(4)本研究成果可为进一步研究重载铁路轻型桥墩加固问题提供参考。     

增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

研究目的:基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。研究结论:(1) 8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 k N·(s/m)a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

重载铁路Ц形浅基高桥墩振动分析及加固技术

研究目的:Ц形浅基高桥墩是我国既有重载铁路中的一种常见类型,具有"头重脚轻"和刚度偏低的典型特点,是铁路基础设施中的薄弱环节。本文以某重载铁路浅基高桥墩为研究对象,针对重载列车通行引起的桥梁结构振动异常现象,采用现场试验和理论分析等技术手段,研究大轴重运输条件下的桥墩振动特性和减振加固技术,并进行实际工程应用研究。研究结论:(1)单线重载列车通过导致双线Ц形桥墩基础受到较大的偏心冲击,进而引起本线和临线桥梁振动增大,尤其是临线桥梁振动明显增大;(2)随速度和轴重增加,两线桥梁振动均呈现增大趋势,地基薄弱、桥墩刚度不足和基础结构缺陷是振动异常根本原因,大轴重列车偏心冲击是直接外因;(3)可采用"增补桩基+增大基础+墩身连接"组合加固方法进行实桥加固,加固后墩顶振幅降低300%,桥墩横向自振频率增加3倍,效果明显;(4)本研究成果可为既有铁路病害整治以及扩能改造提供借鉴。     

高低墩连续刚构桥的动力特性与抗震分析

以云南山区一座高低墩连续刚构桥为例,基于自由振动的动力微分方程,采用有限元方法分析了高低墩(不对称)连续刚构与对称连续刚构的动力特性差异,通过线弹性时程方法分析了高低墩对连续刚构桥地震响应的影响特征,提出了高低墩连续刚构桥抗震设计要点。研究结果表明:对于高低墩连续刚构桥,内力极值主要出现在矮墩主梁根部和矮墩墩底;随着墩高的降低,矮墩墩底及其主梁根部所承受的内力急剧上升。     

高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥抗震设计

研究目的:以高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥为研究对象,以桥梁下部结构的整体抗震性能为分析重点,基于三水准设防目标,提出实体双薄壁矮墩连续刚构桥的延性抗震体系选择方法,系统探讨实体双薄壁矮墩的截面尺寸、纵筋配筋率与结构抗震性能的关系。研究结论:(1)对于高烈度区连续刚构桥实体双薄壁矮墩,应根据桥墩的剪跨比判断其破坏模式,并选择相应的延性抗震类别和设计方法;(2)在多遇地震激励下,主墩截面尺寸及配筋设计由纵桥向地震反应控制,随着墩壁厚度的增加,主墩控制截面纵桥向弯矩显著增大,且增幅显著大于横桥向激励的结果;(3)在横向罕遇地震激励下,因实体双薄壁矮墩横桥向的剪跨比较小,桥墩横桥向只能采用完全弹性或基本弹性结构,导致桥墩及桩基的配筋率显著增大,成为控制桥梁下部结构设计的主要因素;(4)纵向罕遇地震激励下,壁厚增大,主墩塑性转角需求减小,在壁厚与纵筋配筋率的三种组合条件下,主墩塑性铰区截面塑性转动能力均能达到"大震不倒"的抗震性能需求,且其变形能力安全储备基本相当;(5)该研究成果可为类似桥梁的抗震设计提供参考。     

新菏线跨京广铁路特大桥抑振加固实践

对新菏线跨京广铁路特大桥双柱式桥墩振动异常进行分析表明,桥墩墩身结构及软弱地基都可能会导致墩顶振幅过大.加固实践证明,单独加固基础或墩身都不能有效地抑制墩顶振动,对二者同时进行加固才能够达到预期的效果.     

灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩CFRP-外置耗能钢筋组合加固效果研究

灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩是目前中、低烈度区装配式桥梁常用的下部构件形式,现阶段该型装配式桥墩的抗震加固方法欠缺。以灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了其1/6的缩尺模型,并基于其震损特点提出了一种采用CFRP-外置耗能钢筋的组合加固方式,开展了相同激励条件下加固前后桥墩试件的振动台试验。结果表明,墩身开裂、混凝土剥落、压碎以及墩底接缝开合等是灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的主要震损模式;采用组合加固有效增加了震后装配式桥墩试件的刚度,减少了试件墩顶的水平位移,提高了加固试件的延性及耗能能力。     

多单体组合结构混合振动控制研究

提出了一种新的振动控制体系—多单体组合结构混合振动控制体系,建立了分析计算模型,推导了其振动及控制方程,并研究了其振动控制性能和影响参数。研究结果表明多单体组合结构混合振动控制体系能对结构地震响应进行有效控制,并能降低控制成本。     

高速列车横向振动自适应神经模糊控制的仿真

为了设计出智能的列车悬挂系统,提出了基于神经网络的自适应模糊控制。模糊控制主要是针对系统的非线性;神经网络控制是产生模糊控制的控制规则。通过自适应神经网络的模糊推理系统(ANFIS),把神经网络和模糊控制相结合。神经网络根据采集的数据来进行训练,产生不同的控制规则,使模糊控制器对路面的变化具有自适应能力。仿真结果表明:该方法可在一定程度上减少轨道对列车车身的振动,提高列车在路面行驶的平稳性。     

高速列车横向悬挂主动、半主动控制技术的研究

针对铁路机车车辆横向悬挂系统存在的振动问题,提出了一种基于力和加速度反馈的旨在抑制振动的主动、半主动控制方案。介绍了主动、半主动控制原理,相应的执行机构和控制器的构成,整车试验的试验方法和部分试验结果。试验表明:采用主动、半主动控制技术以后,机车车辆的运行平稳性指标得到了较大的提高,列车的运行品质得到了明显改善。     

抑制车体多模态弹性振动的主动质量减振器的开发

介绍了一种用主动质量减振器（AMD）控制振动的方法,并用实际车辆进行激振试验,验证了使用新开发AMD系统控制振动的效果.     

基于MATLAB软件的动车组转向架悬挂系统半主动控制仿真分析

基于CRH2高速动车组转向架悬挂系统结构,对列车垂直、水平两个方向建立动力学模型。利用模糊控制理论,对影响车辆运行平稳性的沉浮、点头、横移、侧滚及摇头等刚体振动进行控制策略分析。根据半主动控制系统的特性要求,提出采用磁流变阻尼替换原有油液阻尼,达到降低车体各个方向的振动加速度从而提升车体稳定性的目的。以中国干线铁路轨道功率谱密度为轨面激励发生基础,联合MATLAB软件中的Simulink模块进行整车性能仿真研究。仿真结果显示,该半主动控制悬挂系统能够较好地抑制两个方向的5种振动模式,对于改善车辆运行平稳性、降低转向架所受冲击力有良好的作用,在设计上可使用半主动控制的磁流变悬挂系统代替传统铁道车辆被动悬挂控制。     

城市轨道交通智能装配式减振轨道自动铺装测量控制系统的设计与研究

从目前城市轨道交通轨道工程建设现状的不足出发,结合板式无砟轨道的应用现状以及城市轨道交通工程特点,说明装配式减振轨道自动铺装需要解决的问题与需求。阐述装配式减振轨道自动铺装的测量控制方法,给出测量控制所需的坐标转换算法,说明自动铺装测量控制系统的构成及工作原理,并指出控制系统的应用将改变人工现浇轨道结构的现状,能大大提高轨道工程安装精度和安装效率,提高减振质量,减少人工,缩短工期,具有推广价值。     

铁道车辆垂向主动悬挂的预见控制

以4轴客车为研究对象,建立4轴客车车辆的6自由度垂向主动悬挂的动力学模型。主动悬挂的常规控制策略往往对系统本身因素所引起的响应滞后问题表现出无所适从,因此,借助测定的未来目标信号或外扰,对主动悬挂设计一个预见控制器来抑制车辆系统的垂向振动。研究结果表明,采用预见控制策略使车体的垂向振动加速度响应幅值降低60%,转向架的垂向振动加速度响应幅值降低30%左右,同时系统可按设定目标值预见步数为20提前作出响应。     

单铁磁悬浮控制系统的动力学特性研究

建立单铁悬浮控制系统的非线性闭环状态空间模型,研究该系统的动力学特性,推导了三个主要控制参数与系统动力学特性的基本约束关系,特别是对单铁磁悬浮系统的自激振动给出了严格的理论解释。文章所得到的结论与实验结果一致。     

基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究

半主动悬挂是改善铁道车辆振动、提高乘坐舒适度的有效对策。但由于铁道车辆的特殊性和复杂性,车辆动力学系统的精确数学模型很难获得,这限制了现代控制理论在实用化半主动悬挂中的应用;而天棚阻尼控制所需车体的绝对速度很难测量,若采用测得车体加速度积分得到车体绝对速度的方法,其传感器的误差和系统噪声会导致车体绝对速度产生误差,从而影响减振效果。基于上述原因,本文提出加速度阻尼控制方法,即采用与车体加速度成正比的振动衰减力来抑制车体振动,并对加速度阻尼控制方法稳定性进行理论分析和仿真研究。仿真结果证明:与被动悬挂相比,车体振动加速度有效值和最大值在各速度级分别减少了55%~63%和53%~66%,Sperling乘坐指数也得到明显改善;且加速度阻尼控制具有很好的鲁棒性和适应性。可见该方法能有效地提高铁道车辆的平稳性和乘坐舒适性。     

铁路接触网最优主动控制研究

研究目的:本文为研究主动控制对接触网性能的影响,建立了接触网有限元模型,应用Ansys软件计算模型的整体质量及刚度矩阵数据,并利用KMExtract程序分离出整体质量、整体刚度矩阵,据此建立接触网系统动力学方程。为便于系统仿真及控制器设计,使用模态降阶法对系统降阶并将其转化为状态方程形式,而后为系统设计LQR控制器,使用simulink对实施主动控制前后的接触网系统进行动态仿真分析。研究结论:研究表明:(1)对接触网实施主动控制能有效改善其振动特性,接触网振动的最大值、最小值有较大降低,幅度达90%以上,均方差也有较大下降,幅度达70%以上,系统性能得到了极大提升。(2)在通过改变弓网自身参数的方法改善弓网性能遇到瓶颈时,接触网的主动控制或半主动控制将成为改善弓网性能的重要手段。