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。     

大跨度悬索桥在风与列车荷载同时作用下的动力响应分析

采用模态综合技术，建立了列车与大距度悬索桥系统在风荷载作用下的动力相互作用分析模型。根据实测的空气动力参数和颤振导数，模拟产生包括抖振力和自激力的时域随机风荷载作为系统输入激励，以香港青马大桥为例，分析了大距度悬索桥在风和运行列车荷载同时作用下的动力响应特点，并将部分计算结果与实测结果进行了对比。     

移动荷载作用下轨道路基动力响应分析

基于层状梁和粘弹性半空间体理论建立轨道路基耦合动力分析模型;通过移动坐标和Fourier变换得到移动谐振点荷载作用下轨道路基稳态响应在波数域内的解;再利用快速Fourier逆变换,求出钢轨、轨枕位移及道碴路基的相互作用力在空间域内解。通过算例分析荷载速度对路基表面位移的影响,结果表明:随荷载速度增大,路基表面位移峰值也增大,在荷载速度较低范围内,其对路基位移峰值影响不大,当荷载速度接近Rayleigh波速时,路基位移峰值急剧增大;随着荷载速度的增大,路基竖向位移分布呈现出的“波动性”也越来越明显,其“波长”随荷载速度的增大而减小。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

列车荷载作用下板式轨道与饱和地基动力分析

研究目的:近年来随着我国大量高速铁路的建成及投入运营,列车高速运行对周边环境振动的影响日益显著。且在沿海地区,高速铁路干线修建在饱和软土地基上,饱和软土地基具有剪切波速低、含水量高等特性,高速列车会在饱和软土地基上引起较大的振动响应。因此,本文采用板式轨道-饱和地基耦合振动模型研究了高速列车荷载作用下轨道和饱和土体的振动响应问题,为有效解决高速列车引起的环境振动问题、优化高速铁路路基设计提供理论指导。研究结论:数值分析结果表明,采用多孔饱和介质模拟饱和土地基能够更准确地分析高速列车引起的振动响应,增大轨道刚度可有效控制钢轨位移响应,且在路基设计过程中合理控制基床厚度可减小土体中液相介质的存在对土体动力响应的影响。     

地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应及列车走行安全研究

在总结和吸收既有研究成果的基础上,以铺设CRTSⅡ板式无砟轨道的高速铁路简支梁桥为工程背景,对地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁的动力响应及列车走行安全性进行系统研究,提出地震时不同条件下高速列车在桥上安全运行限速     

铁路桥梁在列车荷载作用下的动力分析

本文建立了铁路车桥系统耦合振动的分析方法。为方便起见，以轮轨接触面为界，将车桥系统分为两个子系统，并严格推导了它们之间的协调条件，给出了轮轨力计算公式，针对车桥系统动力相互作用的特点，建立了解决这一特殊问题的三重平衡迭代数值计算方法，并编制了计算程序。实例计算表明，本文的分析方法是切实可行的。     

CRTS Ⅰ型板式轨道在地震荷载作用下的动力响应

借助有限元软件ANSYS,建立了板式轨道、路基的三维有限元模型,并结合遂渝线CRTS Ⅰ型板式轨道进行地震荷载时程分析,模拟地震荷载作用下板式轨道结构中轨道板、底座板、CA砂浆和圆形凸台的动应力、动位移的响应.结果表明,在地震荷载作用下,轨道结构横向应力和纵横向位移响应随烈度增加1度而增加1倍;竖向应力响应由于受初始应力影响,压应力较大,总体来说,轨道结构各向最大动应力较小,不会使轨道结构破坏;轨道结构横向位移响应大于竖向位移响应,轨道结构位移响应对轨道几何形位有一定影响,建议地震后对列车行驶速度限制;在路基稳定的情况下,板式轨道结构本身的变形和受力很小,不是导致轨道结构破坏或变形的原因.     

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。     

地震荷载和列车制动力作用下铁路桥梁振动控制

列车在运行以及刹车状态下会对桥体产生非常明显的动力作用.区别于地震作用,刹车荷栽对桥体的作用时间和频次较长,但力幅值相对较小,在长期运行中易引起桥体和附属设施疲劳及稳定性下降.通过对铁路桥梁刹车荷载的研究,介绍几种主要的控制方法及在控制刹车荷载时存在的一些应用误区,并给出应用建议.     

列车荷载作用下中低速磁浮轨道动力响应试验研究

参考高铁及城市轨道交通的相关试验方法,测试了中低速磁浮轨道结构在列车荷载作用下的动力响应,获得了轨排结构在列车以不同速度通过时的位移、加速度和应变。结果表明：轨排结构各测点的动力响应值随运行速度的增加呈增长趋势;由于F型导轨的悬臂结构,F型导轨的动力响应值最大,H型钢轨枕次之,承轨梁顶面处最小;列车荷载对轨排结构的动力特性有着明显影响,定员荷载作用下的轨排响应值大于空车;桥梁与轨排构成一个振动体,受梁体振动的影响,简支梁的响应值大于连续梁。     

重载列车作用下交叠隧道动力响应分析

以某重载铁路上跨引黄隧洞项目为研究对象,建立了重载货车-轨道模型和隧道-围岩-引黄隧洞有限元模型,提取了精确的横、竖向轮轨力,并提出了简化的加载方式;分析了有无道床橡胶减振垫情况下的隧道结构与引黄隧洞的动力响应。分析结果表明:在平底板底部和侧边施加橡胶垫层后,结构位移变化不大,铁路隧道的加速度衰减量最大为49.17%,发生在隧道拱顶位置,最大衰减量为6.8 dB;引黄隧洞交叉断面的最大衰减量为28.79%,发生在边墙位置,衰减最大为5 dB。该研究为类似隧道设计提供理论参考。     

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。     

重载列车作用下隧道基底荷载特征及动力学响应分析

通过对朔黄铁路三家村隧道基底在重载列车作用下的现场测试,统计分析了不同围岩区段基底填充层的动应力幅值,借助于静态换算土柱法,获得了基底的冲击系数。以此为基础,建立了列车-隧道-轨道结构耦合分析模型,分析了列车振动荷载作用下隧道基底结构的动态响应及冲击系数。结果表明:不同围岩级别下钢轨下方动静比平均值分布在1.8～2.08之间,道心处动静比平均值分布在1.0～1.1之间,钢轨下方的动静比约为道心处的2倍,理论计算与实测冲击系数误差最大为7.4%。另外,采用换算荷载推演大轴重列车的荷载特征是可行的,以此确定的基底填充表面的动应力约为120 kPa。     

交通荷载作用下风积沙路基动力响应分析

基于风积沙的特性,采用快速拉格朗日有限差分程序FLAC3D,对交通荷载作用下风积沙路基内部永久位移、动应力和加速度的时空分布规律进行研究.研究结果表明,风积沙路基永久位移和动应力都随重复荷载作用次数的增加而增大并逐渐达到稳定;永久位移、动应力和加速度都随深度的增加急剧衰减,在路基横向位置,永久位移和动应力在车轮处作用最大,并向两侧衰减扩散;动附加应力具有累积效应.     

直线电机列车作用下高架桥的动力响应分析

建立直线感应电机(LIM)运载系统中列车与高架桥梁的动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组成。对具有2个转向架的4轴LIM列车车辆建立27个自由度的车辆动力模型。通过对有限元桥梁模型采用模态综合技术,以轨道不平顺作为系统的激励源,建立LIM列车和高架桥梁的耦合运动方程组,并编制计算分析程序。以一座3跨30 m简支梁高架桥为例,模拟LIM列车上桥、出桥的全过程,计算分析高架桥梁的自振特性及其在LIM列车通过时的动力响应特点。研究表明:由LIM列车引起的桥梁横、竖向位移响应值较小,远小于铁路规范的容许值;桥梁的竖向挠度主要受列车的重力荷载控制;桥梁最大横向位移响应出现在墩顶处,随着墩高和车速的增大而增大。     

变速移动荷载作用下简支梁的动力响应分析

以变速移动荷载模拟车辆变速过桥,建立车轮加弹簧—阻尼器—簧上质量和均布质量2种变速移动荷载下欧拉梁的动力分析模型,并推导其运动控制方程。运用数值分析,研究简支梁在不同上桥初速度和加速度的匀变速移动荷载作用下的动力响应。结果表明:荷载以不同的加速度变速过桥时,桥梁的跨中挠度时程和动力放大系数曲线与匀速过桥时相似;变速移动荷载对桥梁动力响应的影响与荷载上桥初速度、加速度以及桥梁跨度等因素有关;移动车辆荷载使梁发生极大动力响应的上桥初速度出现在若干速度点上,是不连续的;跨中挠度不随移动荷载加速度的变化单调变化;简支梁跨度越大,变速移动荷载对跨中挠度的影响越大。     

移动荷载作用下曲线桥的动力响应分析

为确定移动荷载作用下曲线桥的动力学特性,以江西省某四跨连续曲线箱梁桥为实例,运用有限元软件ANSYS建立了该桥的有限元计算模型。计算了该曲线桥的自振频率以及在移动荷载作用下该曲线桥的竖向位移、扭转角、横向位移等的变化规律。同时将有限元数值计算结果与现场试验测试数据进行了对比,验证了该曲线桥有限元模型的正确性,在此基础上分析了车辆离心力、车辆载重、车速等参数对曲线桥动力响应的影响。结果表明,离心力使曲线桥产生朝向外侧的横向位移,使跨中扭转角变大;随着载重的增加,曲线桥跨中竖向、横向位移,扭转角以及支座反力呈线性增长;随着车速的增加,曲线桥跨中竖向位移先增大后减小,横向位移和扭转角逐渐增大,支座反力逐渐减小。