高速铁路车桥系统横向振动研究

以车桥系统横向动力平衡方程为基础，分析了列车在地面线路上运行以及列车通过桥梁时列车横向动力响应的变化；并改变桥墩刚度，计算比较了桥墩刚度变化对车桥系统横向振动的影响。     

地铁列车引起的地面振动

为了研究地铁列车引起的地面振动,将轨道、隧道结构和列车荷载简化后建立三维有限元动力分析模型,列车按8节车辆编组,以80km／h的速度运行．计算了列车引起的地面振动,以分析隧道地基弹性模量和隧道埋深对地面振动响应的影响,结果表明：列车通过时,地面的竖向振动普遍比横向振动大;在靠近线路中心的区域,竖向振动随到线路距离的增加很快衰减;地面的横向振动有时比竖向的大,计算时不应忽略;地面振动强度和传播范围随地基弹性模量和埋深增加而减小。     

初始条件对高速铁路车桥耦合动力响应的影响

列车驶入桥梁时,必然带有一定的初始条件,此值对计算车桥耦合振动中桥梁的动力响应有较大的影响。针对这一问题,通过在路基上运行不同的长度区间,以不同的行车速度、不同的车辆类型,对高速铁路车桥耦合振动的初始条件加以分析。可知当行车速度相同时,取不同的行车区间,竖向位移几乎不受影响,横向位移与所选取的运行区间有关。桥梁跨中横向位移还与选取的车型有关。     

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要. 基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数,建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型,并编制了仿真分析程序. 以某（88 + 168 + 88）m预应力混凝土连续刚构桥为例,分别建立了考虑桩土相互作用的群桩基础模型以及作为对比的刚性基础模型和弹性基础模型,通过输入3条典型地震波,计算对比了3种模型的耦合振动响应,研究了桩土相互作用的影响. 结果表明:地震作用下桩土相互作用对桥梁、轨道和列车子系统动力响应的影响横向大于竖向,且对桥梁、轨道子系统动力响应的影响大于列车子系统;对于本文的计算条件,不考虑桩土相互作用会使桥梁、轨道和列车子系统的动力响应偏小,其中列车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力平均值分别偏小5.8%、8.6%和9.0%;桩土相互作用对列车行车安全性指标的影响不会随车速的变化而变化. 本文的研究成果可为震区高速铁路桥梁的抗震设计提供参考.      

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

高速列车过桥诱发地面振动特性研究

为研究高速列车过桥引起的环境振动问题,以沪昆客运专线某铁路桥梁为工程背景,采用现场实测和有限元法获取地面振动特性。将计算值与实测值对比分析,结果表明：高速列车过桥引起的地面横向振动加速度稍大于垂向振动加速度,频谱曲线的主峰频率点可视为周期载荷诱发的共振频率;横垂向卓越频率分布区间为10～80 Hz,频带内各单频加速度幅值随距离增加呈波动衰减趋势;当不同频率的振动波波峰相遇时,相遇点的振动叠加出现放大现象;横垂向加速度最大振级对应的频带为25～63 Hz,大部分出现在31.5 Hz;实测值和计算值在幅值大小及变化趋势吻合较好,加速度Z振级最大误差为1.4 dB。可见,有限元模型满足精度要求,证明该方法能够有效预测环境振动响应。     

高速铁路沿线地面环境振动特性的实测与分析

通过对我国某高速铁路路基区段高速列车引起的周围环境地面振动进行现场实测,根据测试数据进行了功率谱分析、Z振级分析和1/3倍频程分析.分析结果表明,列车以250～350 km·h-1高速运行时,在距轨道中心线水平距离30～60m处,地面振动随列车速度的提高而增大;地面振动能量主频在40 Hz左右;地面各处振动呈波动式变化...     

基于FE-SEA混合法列车交会对桥梁振动噪声分析

基于有限元-统计能量(FE-SEA)混合法,建立钢-混结合梁桥模型,在列车运行速度为200 km/h、列车交会条件下,预测桥梁各板块的振动响应及结构噪声.结果表明,当列车交会时:各板块中点处的振动加速度级均有所增大,优势频段为40～120 Hz,峰值频率在65 Hz;在全频段内,各板块声压级均增大,单向行驶和列车交会两...     

地铁列车振动对邻近建筑物的影响

采用车辆－结构－土层－建筑物的二维共同作用模型分析了地铁列车振动在地面的传播特性,并计算了地面上不同位置、不同层数的建筑物的振动响应及隧道深度不同时铁列车振动对邻近建筑物的影响。     

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度, 采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据, 进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明: 在频域上, 钢轨比道床振动频带更宽, 没有明显的主频段, 其振动分布在800 Hz以内, 道床则有明显的主频段, 主要分布在80~200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律, 其线性衰减率约为0.2 dB·m-1; 由于边墙对振动的反射与折射, 振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车, 随着测点与行车轨道中心线距离的增大, 车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变, 在10 Hz处衰减缓慢, 在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律, 列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出, 需重点对该区域进行减振设计。      

地铁运营下钢弹簧浮置板轨道减振分析

计算模型分为两个部分,列车荷载通过多体动力学软件SIMPACK求得.然后,以有限元软件ANSYS为平台,建立了轨道-隧道-大地三维有限元模型.通过谐响应稳态扫频技术,从频域角度分析定点谐荷载下钢弹簧浮置板轨道引起的大地振动;通过瞬态分析,从时域分析列车荷载下引起的大地振动.结论表明:从频域角度来看,钢弹簧浮置板在接近自身固有频率处会引发地面共振,但影响范围不大;对于中高频有着很好的减振效果.从时域的角度来看,钢弹簧浮置板对应的地表振动远小于整体道床,转频域后其轨道振动分布可按谐响应计算结果解释.     

跨座式列车与预应力混凝土轨道梁动力特性分析

为研究跨座式单轨列车与预应力混凝土轨道梁的动力特性,建立了列车-轨道梁空间耦合振动模型.车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁用模态综合法建立其运动微分方程.计算了不同车速下车辆和轨道梁的动力响应.结果表明:车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大;在计算车速下,轨道梁具有良好的动力特性,列车能安全舒适地通过此轨道梁.     

高速磁浮车辆引起地面振动的数值分析

为预测高速磁浮列车引起的地面振动响应及其衰减规律,建立了高速磁浮车桥相互作用模型和磁浮线路桩基基础有限元模型,将磁浮车桥系统动力学仿真获得的车辆动态荷载输入基础有限元模型,计算了高速磁浮车辆引起的地面振动响应.计算结果表明:磁浮车辆引起地面振动响应的衰减规律与轮轨交通车辆的衰减规律基本一致,但在距离线路中心25 m左右没有反弹区;行车速度对磁浮线路地面振动的影响较大,当时速由125 km/h提高到430 km/h时,相同观察点处地面振动级增大约10 dB.     

桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究

为了研究高速铁路高架段车致地面振动的传播和衰减规律,以津秦客专线32m简支梁桥区段为工程背景,实测高速列车以速度250~385km/h通过时的三向地面振动响应,并对实测数据进行时域和频域分析。研究结果表明:近场测点的加速度时程呈现出明显的列车周期性加载现象,轴距及前后车相邻转向架间距的激励频率起主要作用;地面各测点在顺桥向、横桥向和垂向3个方向上的振动优势频率范围为25~80Hz;随着距离的增加,垂向地面振动在优势频段显著衰减,而顺桥向和横桥向地面振动在1~80Hz频段内均明显衰减;各测点在各测试车速下,垂向地面振动比顺桥向和横桥向大,而同一测点在顺桥向和横桥向的地面振动加速度级最多相差2dB;顺桥向和横桥向地面振动在距振源约30m处出现放大现象;车速为250~320km/h时,近场总体振动加速度级随车速增加而增大约6dB,但车速为330~385km/h时的各测点总体振动加速度级相差不超过2dB。      

用简化模型分析铁路轨道的横向动力响应

根据轨道结构的特点,建立了横向振动简化模型,以分析轨道结构的横向刚度对轨横向作用力和钢轨横向振动的影响。从计算结果可知,轨道结构的横向振动频率较低,且钢轨与轨枕的横向振动主频相接近。道床刚度对轨道的横向振动影响较大,从理论上分析了钢轨和轨枕的动力响应与轨道横向刚度之间的关系。最后建议提高轨道的平顺性,降低轨道结构的横向振动以适应快速列车的行车要求。     

重载运输条件下桥墩横向振幅的影响因素分析

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,现役重载桥梁出现横向振动过大危及行车安全的现象,研究表明桥墩墩顶横向振幅直接影响桥跨结构的横向振幅,因此研究桥墩的横向振动的影响因素对控制桥跨横向振动十分必要。以朔黄铁路中比重较大的矩形板式墩为研究对象,采用理论分析、有限元模拟分析结合现场实测的方法,研究了列车行驶速度、桥墩高度及轴重对墩顶横向振幅的影响规律。结果表明,随着速度的增大,墩顶横向振幅呈先增大后减小趋势;桥墩横向自振频率越大,墩顶横向振幅最大值所对应的速度越大;随着墩身高度增加、列车轴重增大,墩顶横向振幅均呈增大趋势。     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

地震作用下铁路双层结合钢桁混合刚构桥行车安全性

针对特殊地区地震作用下大跨度桥梁行车安全性问题，以某铁路某双层结合钢桁混合刚构桥为工程背景，建立了考虑材料非线性、切向摩擦与轮轨赫兹准确接触关系的列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型，并基于ABAQUS-Python软件二次开发，实现了钢轨随机不平顺的施加；选取EL Centro地震波为输入波，分析了强震作用下双层结合钢桁混合刚构桥的损伤演化规律，计算了不同地震强度、不同车速下列车脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度等动力响应指标，分析了关键参数对地震作用下桥上行车安全性的影响规律，提出了该混合刚构桥基于行车安全性能的车速限值。研究结果表明:在罕遇地震作用(0.38g)下，桥梁各构件均出现不同程度的塑性损伤，桥墩破坏区域较大，震后桥梁仍具有一定的承载力；震时列车脱轨系数随地震强度增大而显著增大；车体最大振动加速度与地震强度近似呈线性增长；列车轮重减载率是控制行车安全的关键指标，其峰值与车速呈正相关；当车速为200 km·h-1，地震强度大于0.10g时，列车轮重减载率存在超限情况，列车在下桥时会出现长时间轮轨分离现象；从行车安全性的角度，在设计地震作用0.20g时，安全车速为160 km·h-1。      

传递路径分析法在主振源识别中的应用

针对某轻型客车车内振动剧烈的问题,采用传递路径分析法识别车内振动的主要振源。通过激励源分析和适当简化,建立整车振动传递路径模型。通过实车道路试验和室内锤击法试验获取工况数据和传递函数,确定车辆振动的典型工况。利用Test. Lab中的TPA模块分析典型工况的振动加速度,得到对振动影响较大的主要振源,对比分析主要振源处的载荷及主要振源到响应点处的传递函数。分析结果表明,响应点处振动剧烈的原因是由激励源处载荷较大所致。     

南广高速铁路郁江大桥车桥耦合振动仿真分析

为探讨列车高速通过大跨度双塔钢桁斜拉桥时的耦合振动效应,为同类桥梁的设计提供参考,以南宁—广州高速铁路郁江大桥(大跨度钢桁斜拉桥)为研究对象,建立了车桥系统耦合振动仿真模型.采用有限元软件ANSYS建立斜拉桥的动力分析模型,计算其自振特性;采用多体系统动力学软件SIMPACK建立德国ICE3列车的空间动力学模型;采用SIMPACK与ANSYS相结合的联合仿真方法,计算不同运行速度时车桥系统的空间耦合振动响应.结果表明:当列车分别以250,270,290和300 km/h的速度通过该桥时,其运行安全性指标均满足规范要求;动车和拖车的Sperling舒适性指标均小于2.5;该桥梁的最大竖向挠跨比为1/1 843,最大横向挠跨比为1/83 000,最大竖向和横向加速度分别为0.386和0.107 m/s2,冲击系数最大值为1.200,表明该桥梁具有足够的刚度,振动状态良好.