车辆气动力展向相关性传递函数及其对桥上运动车辆响应的影响

为研究运动车辆气动力的展向相关性对桥上运动车辆响应的影响,在分析运动车辆顺风向和竖向脉动风速谱的基础上,发展出一种新型的运动车辆脉动风速相干函数形式,推导出与顺风向和竖向脉动风速对应的运动车辆气动力的展向相关性传递函数,并根据“余弦规则”得到作用在运动车辆上的抖振力谱。通过建立列车-轨道-桥梁多体系统耦合振动仿真模型,以单节列车在典型的高速铁路桥梁上行驶为例,对比不同车速、不同风速与不同地表类型时,运动车辆气动力的传递函数对桥上运动车辆响应的影响。研究结果表明：当考虑上述传递函数时,车辆响应的均方根均有不同程度的降低,其中对车体横向和竖向加速度均方根的影响最为显著;当车速为40 m·s^-1时,在考虑与不考虑传递函数情况下,车体横向加速度均方根的相对误差高达40.6%,车体竖向加速度均方根的相对误差也高达36.6%;随着车速的提高,各车辆响应均方根的相对误差均逐渐变小;随着风速的提高,轮重减载率和轮轨垂向力均方根的相对误差均逐渐变大,而车体竖向Sperling指标和轮轨横向力均方根的相对误差却先增加后减小;从A类地表类型到D类地表类型,车体加速度均方根以及车体Sperling指标的相对误差均逐渐增大,而轮轨力均方根、脱轨系数均方根、轮重减载率均方根的相对误差均先增大后减小。     

地震动分量对车-轨-桥系统动力响应影响研究

为研究横向、竖向、纵向及三向地震动分量对车-轨-桥系统动力性能的影响,以高速铁路10跨32m双线简支箱梁桥为背景进行分析。采用仿真分析程序TTBSAS,选取一致激励模式输入10条典型地震波,分析在无震,横向、竖向、纵向及三向地震动分量作用下车-轨-桥系统的钢轨横(竖)向位移、加速度等桥梁结构动力响应,以及脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力等列车动力响应。结果表明:在不同地震动分量作用下,高速铁路简支梁桥的横向和竖向动力响应具有弱耦合性;横向地震动分量会同时增大钢轨的横向和竖向动力响应;横向地震动分量对桥上列车行车安全的威胁最大,在进行地震作用下的车-轨-桥系统行车安全性研究时,可考虑仅输入横向地震动分量进行计算。     

厦深铁路榕江特大桥主桥车-桥耦合振动分析

厦深铁路榕江特大桥主桥为(110+2×220+110)m下承式大跨度刚性桁梁柔性拱组合体系桥。为了解其在设计时速下车-桥系统的动力性能,基于ANSYS软件建立全桥有限元模型,分析其自振特性,采用SIMPACK和ANSYS联合数值仿真分析方法,计算CRH2动车组列车运行时桥梁和列车组的动力响应,并与现场实测值和规范限值进行对比,评价该桥在列车设计时速下车-桥系统的安全性和舒适性。结果表明:双线行车可有效减小桥梁跨中的横向振动,但对列车响应的影响很小;车速250km/h时桥梁各动力响应值均大于车速220km/h时的值,且均满足规范限值;在各工况下,列车组的车辆脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车体加速度均小于标准限值,舒适性指标均为优或良,列车运行安全性和舒适性满足规范要求。     

混凝土收缩徐变对高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁的列车走行性影响研究

针对两座典型的高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁,在考虑收缩徐变后建立了列车-连续梁空间振动的有限单元分析模型,以德国低干扰谱生成轨道不平顺样本作为激励源,对两座大跨度连续梁的车桥空间振动响应进行了计算分析,结果表明:对于大跨度混凝土连续梁,考虑收缩徐变后,两座连续梁的脱轨系数和轮重减载率均在容许范围内,但数值都有所提高,脱轨系数最大增幅约4%,轮重减载率的最大增幅约10%;两座连续梁墩顶横向位移的增幅在约2%的范围内波动,混凝土收缩徐变对连续梁墩顶横向位移的影响不大;当列车速度以超过275m/s速度运行且考虑混凝土收缩徐变时,两座连续梁的动车Speling舒适性竖向指标会下降一个等级,列车运行速度越高,混凝土收缩徐变对舒适性指标的影响越明显,在设计过程当中必须考虑混凝土收缩徐变对列车走行性的影响。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

高速铁路简支梁桥变形变位设计参数研究

为研究高速铁路简支梁桥徐变、沉降等变形变位参数的合理设计限值,以车-桥耦合动力分析理论为基础,分析不同残余徐变变形、墩台工后沉降以及两者同时存在对高速铁路32 m、40 m简支梁桥行车安全性和旅客舒适性的影响。结果表明:残余徐变变形与墩台工后沉降对车体的竖向加速度影响更显著,对轮重减载率影响很小,简支梁桥工后变形变位限值主要受车体加速度等舒适性指标控制;同时考虑残余徐变变形与墩台工后沉降的影响时,车辆动力响应明显增大,40 m简支梁的车体加速度小于32 m简支梁的车体加速度;不同速度等级的高速铁路桥梁可采用不同的变形变位限值,在残余徐变变形固定为10 mm,且设计时速为250,300,350 km时,32 m(40 m)简支梁墩台工后沉降限值分别为6(8),8(10),6(12) mm。     

包神钢桁架铁路大桥动荷载试验研究

铁路桥梁的动力性能指标较公路桥梁更加复杂,对其指标的限值更加严格,包神铁路大桥为连续的13跨64 m下承式简支钢桁架梁桥,在对该桥自振特性动力仿真分析的基础上,通过对钢桁架结构进行的动力荷载试验,将试验数据与理论数据和相关规范值进行对比分析,结果表明该桥梁的动力性能部分满足规范要求,而横向振幅偏大,建议加强桥梁横向刚度,同时,对列车通过时脱轨系数和轮重减载率进行了实测,其满足安全运营要求.     

风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响，以某四塔公铁两用斜拉桥为背景，进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载，并通过桥梁和列车节段模型风洞试验，测得计算所需气动力系数；在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型，研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明：突风效应会导致列车横向位移达到最大值，遮风效应会使列车横向加速度达到最大值；随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加，列车动力响应随之增加；风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数，并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大；仅在风速不大于10 m/s时，列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。     

横风作用下跨座式公轨两用斜拉桥行车性能研究

跨座式单轨轨道交通是城市轨道交通系统的一种典型制式,具有转弯半径小、爬坡能力强、地形适应性强等优点。车辆通过窄轨距轮对骑跨在单根轨道梁上的走行方式,使其易受轨道结构振动影响,因此,横风作用下大跨度桥上的车辆运营性能很值得关注。建立了风-跨座式单轨车辆-桥梁耦合系统动力分析模型。以某海外工程的跨座式公轨两用斜拉桥方案为对象,基于风洞试验和数值模拟方法,获得了车-桥系统的气动参数,并通过风-车-桥耦合振动分析方法评估了横风作用下桥上跨座式单轨轨道交通的运营性能。研究表明：在桥梁风致振动激励下,当跨座单轨车辆通过桥梁主跨时,各项指标均显著增大,车体竖向加速度及稳定轮的响应增幅最为明显;在瞬时风速35 m/s横风作用下,桥上跨座式单轨车辆走行轮的轮重减载率均在0.8限值以内,能够满足行车要求。     

铁路货车侧向通过道岔运行稳定性研究

分别以脱轨系数、轮重减载率及轮轴横向力作为判定标准,进行我国通用型货车在不同重车重心高度及横向偏移装载条件下侧向通过12号提速道岔时的运行稳定性试验研究.研究结果表明:货物重心的横向偏移会使得车辆的运行稳定性指标,尤其是脱轨系数和轮重减载率明显增大,车辆的脱轨危险性大幅增加;侧逆向和侧顺向通过道岔时,车辆运行稳定性差别较大,侧逆向相对更加不利;提速货车在重车重心高度为2 400 mm、货物重心横向偏移量为150 mm、前后两转向架负重差为10 t的最不利装载工况下,侧向通过12号提速道岔时不需限速运行.      

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明：竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s²。     

高速铁路路基不均匀沉降对胶黏道砟道床过渡段的影响研究

以中兰客专某车站为例，采用ABAQUS有限元软件建立胶黏道砟道床过渡段的车辆-轨道-路基空间耦合模型，分析列车双向行驶时不平顺激励下折角沉降差异值的影响规律。研究结果表明：折角沉降差异值增大时，列车从无砟轨道至有砟轨道钢轨垂向振动位移与轮轨力增大幅度明显大于反向行驶；上行和下行钢轨垂向位移最大峰值点均处在折角沉降起点9 m的位置，而车体垂向加速度、轮轨垂向力上行和下行其峰值点位置均不相同。     

钢桁混凝土T构组合桥不同车速及温度作用下行车性能研究

为了研究某钢桁混凝土T构组合桥的行车性能及温度对其影响,用ansys建立该桥梁梁单元模型,进行极端温度工况下的变形计算,将温度效应引起的梁体变形和轨道不平顺叠加转换成系统激励,运用simpack软件进行车桥耦合动力响应分析,研究车速和温度对该桥梁的行车性能的影响。结果表明,该车桥系统动力响应随车速的提高而增大,其中脱轨系数变化量达到50%,但均满足规范限值,具有良好的安全性与平稳性。温度对桥梁的横向加速度产生明显影响,变化量达到76.9%。     

客运专线无砟轨道预应力混凝土T构桥设计跨径研究

为寻求客运专线无砟轨道预应力T构桥梁的合理跨径,对该类型桥梁的主要刚度指标:ZK静活载作用下梁体竖向挠度、横向位移、梁端竖向转角、3m梁段扭转变形以及残余徐变变形进行研究,分析T构桥设计的刚度控制指标对经济性的影响。结果表明:T构桥梁部高跨比一定时,随着跨径的增长,梁体各项刚度指标的计算值也随之增加,梁端竖向转角这一刚度指标控制无砟轨道T构桥设计;通过采用增加梁高措施,提高了梁体刚度,可有效降低梁端竖向转角,采用主墩纵向尺寸加大或基础刚度增加等措施,对梁端竖向转角的改善不明显;从技术和经济性两方面分析,客运专线无砟轨道预应力混凝土T构桥单侧跨度以不大于80m为宜。     

轨道不平顺波长和幅值对高速动车组动力学性能的影响分析

为了更有针对性地控制高速铁路轨道不平顺,保证某型高速动车组在线路上安全、平稳运行,通过动力学仿真,分析轨道不平顺波长和幅值对车辆动力学性能的影响规律,确定轨道养护维修时需重点关注的不平顺波长范围.针对某型高速动车组,将轨道不平顺简化为不同波长、不同幅值的谐波型高低、轨向、水平和扭曲不平顺,基于车辆-轨道耦合动力学模型对不平顺激扰下的车辆动力学性能进行仿真分析.分析表明,中、短波长的不平顺对轮轨动力相互作用和行车安全性有显著影响,对运行平稳性也有一定影响;中、长波长的不平顺主要影响运行平稳性.不平顺幅值对车辆动力学性能指标的影响规律基本呈线性变化,敏感波长条件下的不平顺幅值变化对系统动力响应的影响尤为显著.分析结果确定了某型高速动车组的敏感波长范围及其幅值影响规律,明确了养护维修重点,将有助于提高养护维修效率,提升高速动车组运行品质.      

大跨度铁路钢桁拱桥车—桥耦合振动分析

为使列车高速通过大跨度铁路钢桁拱桥时具有良好的走行性,同时使桥梁具有良好的动力安全性,对该类桥梁的车-桥耦合振动进行分析.基于车-桥耦合振动理论,采用三角级数法模拟轨道随机不平顺,联立轮对沉浮振动及侧滚振动方程迭代求解轮轨力,采用迭代法求解桥梁及车辆响应.以南京大胜关长江大桥为例,采用推荐方法对该桥在不同列车(德国ICE3动力分散式高速列车、中华之星列车、南京轻轨列车、空载P62货物列车)以不同速度通过时,桥梁和车辆的动力性能进行分析.分析结果表明,该桥安全性和列车安全性、平稳性指标均满足要求,列车平稳性优良,推荐的计算模型及简化方法可用于同类桥梁的车-桥耦合振动分析.     

斜拉桥节段纵移悬拼法足尺模型试验研究

为验证节段纵移悬拼工艺的可行性、合理性及可操作性,研究施工过程中结构的动力响应,以北盘江大桥为背景进行了足尺模型试验,试验工况涵盖了工艺中每个不确定的、有待验证的状态;并基于耦合系统动力分析理论,将结构简化为两自由度的弹簧-质量块振动系统,建立了试验过程大系统动力学方程进行理论计算,动力模型包含了5个典型动力状态,即地面提升、运梁小车纵向运输、运梁小车与桥机吊点协同前进、桥机吊点前移、桥机整体提升。研究结果表明:各工序下运梁轨道及主桁架测点加速度幅值较小,桥面吊机吊点前移时结构响应最为显著,桥面吊机端部最大加速度为0.212g;轨道梁测点的最大加速度方向为纵向,下弦杆测点的最大加速度方向为竖向,高速挡下轨道梁测点的纵向、竖向加速度实测幅值较低速档分别增大约54%,51%,下弦杆测点的纵向、竖向加速度实测幅值较低速档分别增大约31%,36%,轨道梁应力峰值在高速挡时也有所增大,跨度最大位置的测点对车速最为敏感;测点理论竖向加速度幅值、理论轨道梁应力峰值与实测值吻合较好,验证了理论模型的准确性;试验过程平稳且连贯性较好,节段纵移速度快、整体对接耗时少,较散拼法有较明显的工期优势。     

朔黄重载铁路子牙新河特大桥技术状态评估

为了评估重载铁路桥梁的技术状态,对朔黄铁路子牙新河特大桥进行了动力试验。利用冲击振动试验法识别桥墩横向自振频率以及梁体横向和竖向自振频率。动力试验中,通过测试运营列车作用下梁体控制截面的梁体振幅和加速度的响应,并将突测结果与《铁路桥梁检定规范》规定的限值比较。结果表明,梁体各项动力参数指标均满足规范要求,这说明梁体结构的运营性能良好。该桥部分桥墩之前进行过加固,为了评估加固前和加固后桥墩结构的动力性能,试验选取典型桥墩进行动力测试分析。比较加固前后桥墩振动参数的变化情况。评估结论可验证桥墩加固效果,为其余桥墩是否需要加固提供数据支持。     

南京南高架站桥梁设计

南京南站有3个车场、15个站台、28条铁路线,根据其使用功能和规模,分站房区正线桥、站房外桥梁和站台梁设计3个部分,进行高架站桥梁设计。站房区正线桥设计为3座独立的双线桥梁,采用钢筋混凝土连续刚构结构,孔跨布置为2×21 m+3×24 m+2×21 m;站房外桥梁采用14座独立的双线桥,为3×21 m的钢筋混凝土连续刚构;站台梁采用钢筋混凝土结构,为防止站台在地震作用下落梁、减少火车运行时对站台梁的振动作用,每孔站台梁下设角钢防落梁,采用减震支座。选择8种车型,160~350 km/h3、75~420 km/h 2种列车速度范围对京沪正线桥梁进行动力分析,结果表明桥梁动力性能、车体振动加速度、脱轨系数、减载率均满足指标。     

重载铁路连续刚构桥梁竖向共振监测分析

黄河特大桥为神华大准铁路(重载铁路)增二线上跨度为(96+132+96)m的三跨预应力混凝土连续刚构桥,由于线路运能提升的需要,拟将C80B和KM70列车通行速度由60km/h提升至约80km/h。为对提速后的黄河特大桥进行适应性评估,分别采用光纤光栅应力传感器、挠度传感器及振动传感器对列车编组提速过程中的桥梁应力、挠度及振动响应进行监测分析,并分析了桥梁发生竖向共振时的列车临界速度。结果表明,当KM70列车以74km/h的速度通过桥梁时,列车激励频率与车-桥耦合体系的竖向有载频率接近,桥梁挠度变化幅度及应力幅较大,且动力系数超过规范值,由此判断桥梁发生了竖向共振。建议KM70列车不提速或提速前对桥梁进行减振处理,并采用车-桥耦合方法对桥梁竖向共振进行深入分析。