悬浮隧道在波浪作用下的动力响应分析

研究目的:悬浮隧道与传统的水底隧道的差别在于它直接处于波流作用的自然环境中,其中波浪的作用随时间而变,导致悬浮隧道产生动力效应,因此进行波浪作用下悬浮隧道的动力响应分析,是工程设计中不能回避的问题。研究方法:本文将悬浮隧道和支撑结构简化为空间梁系有限单元模型,采用梁元的CR列式法,在考虑波浪与结构相互作用的条件下,计算分析了放置深度、波浪入射方向及隧道断面形式等对悬浮隧道动力响应的影响。研究结果:当隧道放置深度由30 m增至50 m时,y方向位移响应幅值减小了67%;当波浪倾斜入射时,位移响应幅值减小了98%;当隧道断面由圆形改为椭圆形时,位移响应幅值增大了24倍。研究结论:放置深度、波浪入射方向及断面形式对悬浮隧道的动力响应有显著影响。     

铁路车-线-桥大系统耦合动力仿真计算方法探讨

利用UM多体动力学软件建立高速动车组车辆模型,导入由有限元软件分析得出的无砟轨道-桥梁结构模态信息,采用模态叠加法进行车-线-桥大系统耦合动力仿真分析。结果表明:相对于传统车辆子系统多刚体仿真而言,采用模态叠加法的大系统刚柔耦合动力分析由于能够充分考虑各子系统的参振质量以及相互之间的振动影响,计算得出的车辆动力响应数值更加准确;相对于有限元结构动力分析方法而言,采用模态叠加法的计算相对误差可控制在10%以内,能够满足工程应用的要求,且计算效率得到了大幅度的提高。     

某特大桥梁钢吊箱结构随机动力响应分析

根据随机振动原理,对某特大型桥梁6号钢吊箱进行随机动力响应分析;通过对比静、动力分析的结果,总结波浪荷载作用下钢吊箱的受力特性.研究结果表明,钢吊箱考虑附连水质量时,结构自振频率降低,但其动力响应并不大,建议设计吊箱时根据结构的安全性要求,乘以1.1～1.3的安全系数.     

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。     

平潭大桥钢吊箱外力计算

钢吊箱是海上桥梁深水桩基础高桩承台施工的一项很重要的技术,其质量直接影响承台施工。介绍了钢吊箱下放、正常工作、抗台三种工况下,吊箱本身可能承受的最大风力、水流力、波浪力的计算方法。计算表明,抗台工况下,平潭大桥26#墩钢吊箱可能承受风力、水流力、波浪力产生的最大合外力约达11 400 k N。     

70%低地板轻轨列车车内声学计算与分析

通过对70%低地板车辆进行动力学建模,仿真得出车辆正常运行时二系结构与车体连接处的力和两处下铰力,以此作为激励对车体结构有限元模型进行频率响应计算。用计算得到的车体位移激励车体声学有限元模型,得到车内声学模态、声场分布和ISO标准场点响应。结果显示,车体在几个特定频率下的声压级超出了车内噪声指标。通过对几个特定频率下的各板件声场贡献量计算,得到车顶正贡献量较大,可提供给厂方进行结构优化。同时,根据结构模态、声学模态计算结果对车体下吊设备频率提出了建议。     

高速轻型轮对的模态和动力响应分析

对高速轮对计算机模型进行了模态和动力响应计算分析，得到的分析结果有利于确定轻量化轮对的结构和形式。轻量化高速轮对动力特性分析，可用于转向架，车体及整个车辆中，有助于车辆平稳性和稳定性指标的分析。     

列车制动下铁路斜拉桥梁轨动力相互作用研究

运用ANSYS软件建立某大跨度铁路斜拉桥梁轨相互作用有限元模型,进行列车制动力作用下的梁轨动力响应分析,研究梁轨相对位移及钢轨制动附加力的动力放大效应以及制动力作用位置、制动距离、斜拉桥结构体系等参数对梁轨动力响应的影响。结果表明:列车制动过程中,钢轨制动附加力峰值产生于斜拉桥梁端;斜拉桥结构在列车制动作用下的动力放大效应并不明显;制动力作用位置、斜拉桥结构体系对梁轨动力响应峰值有较大的影响,而制动距离对动力响应计算结果的影响不大。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

地铁车站抗震分析

首先选取了车站主体结构建立合适的有限元模型,并进行静力分析,然后分别采用了谱分析和动力时程分析两种不同的计算方法对车站进行抗震计算分析,对谱分析计算、谱分析和时程分析的计算结果分别予以对比,得出在水平地震力作用下车站结构的最不利受力位置。主要结论包括:地铁车站结构的弯矩在静力时较小,在地震作用下其增幅较大,动力响应显著。地铁结构需要进行抗震计算,反应位移法、动力时程分析法均能适用于地下建筑结构的抗震分析。在水平地震力作用下,地铁车站结构中柱的地震轴力较大,是主要的承压构件,结构顶板的变形和应力比较大,容易发生破坏。因此在设计和施工过程中,应对上述部位予以足够的重视。     

波流作用下悬浮隧道动态响应的分析估算

研究目的:悬浮隧道是一种新型水下隧道,由于它长期处于波流作用的环境中,因此研究悬浮隧道在波流作用下的动态响应,是工程设计中不能回避的问题。然而分析波流与悬浮隧道的相互作用,其过程非常复杂,因此寻求一种简捷实用的动态响应估算方法很有必要。研究方法:本文将支撑结构之间的一段悬浮隧道简化为简支梁,利用梁的弯曲振动方程,在考虑结构粘性阻尼和非线性流体阻尼的条件下,采用伽辽金法和数值积分法,对悬浮隧道在波流作用下的动态响应进行了分析估算。研究结果:1阶模态对隧道的响应位移影响最大;当波浪频率与隧道1阶固有频率相等而发生首阶谐振时,隧道1阶模态响应幅值大幅增加。研究结论:隧道断面形式、支承跨度及隧道放置深度对隧道的动态响应有显著影响。     

直线电机列车-高架桥系统动力相互作用分析

采用模态综合技术,建立直线电机轨道交通系统的车桥动力相互作用分析模型,对直线感应电机轨道交通系统的电磁力的产生及其对列车、高架桥梁的动力作用进行理论分析和研究,指出这是进一步研究城铁高架桥梁的动力响应以及直线电机列车在桥上的运行安全问题的一种可能途径。     

地铁车轮辐板安装刹车盘对其声辐射特性的影响

本文利用数值方法分析地铁车轮辐板安装刹车盘对其声辐射特性的影响。数值分析中,首先根据某新型地铁车轮的实际尺寸建立车轮的三维实体有限元模型,基于模态叠加法计算该车轮在不同激励下的动态响应。计算动态响应时考虑轮轨名义滚动圆处法向单位力、轮缘根部横向单位力和轮轨名义滚动圆处轮轨表面粗糙度等效力3种激励对地铁车轮振动特性的影响。利用有限元算得的车轮振动结果,生成声学网格速度边界条件,通过声学边界元法计算车轮的声辐射特征。分析结果表明,车轮声辐射主要来自车轮辐板轴向贡献,踏面径向贡献相比之下不显著。另外,刹车盘能起到对辐板声屏障的作用,从而衰减来自车轮辐板的噪声辐射。车轮辐板安装刹车盘后,在通过小半径曲线时,可以有效降低轮轨横向力作用下激发出的车轮轴向模态振动噪声,同时对车轮的直线滚动噪声也有一定的抑制作用。另外,刹车盘对车轮轴向辐射声场的指向性有较显著影响。     

固定支承式悬浮隧道在列车荷载下的竖向动力响应研究

为了研究列车荷载下固定支撑式悬浮隧道的动力响应问题,以一拟建铁路隧道工程为背景,将水中隧道简化为两端简支的欧拉-伯努利梁,列车荷载简化为一系列移动集中力,建立列车荷载下隧道管体振动微分方程,并通过振型叠加法和隐式数值积分方法求解。以模态分析和时程分析为基础,探讨荷载列速度、水体对动力响应的影响。研究结果表明:移动荷载列通过悬浮隧道时,管体跨中位移放大系数在共振速度处出现了极大值。数据对比表明,水体惯性力相当于增加了隧道管体的附加质量,使其自振频率有所减小,进而减小了荷载列的共振速度,但水体会放大隧道管体共振时的位移响应。     

溅射水对铁道绝缘子带电水冲洗效果的影响分析

带电水冲洗是清洗接触网绝缘子的主要方式之一,清洗产生的溅射水对水冲洗效果影响很大,而相应的研究却很少。通过流体仿真分析和理论研究,对溅射水在冲洗工作、冲洗机理和污垢黏附强度等3个方面对带电水冲洗的影响进行分析。结果表明:溅射水会增加清洗范围,提高清洗效率,但也有可能导致闪络的发生,影响冲洗工作安全;溅射水会改变射流清洗机理,清洗主要原因由以渗透内应力变为水压力直接挤压剪切;溅射水会提高污垢周围的相对湿度,导致污垢颗粒与绝缘子表面间的黏附力增加,但对清洗所需动压影响不大。     

行波效应下劲性骨架混凝土拱桥地震响应规律分析

采用SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,选取了4条NGA-West2数据库中与实际工程场地条件类似的地震波通过调幅后作为输入地震动,研究了行波效应对大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥地震响应的影响规律。研究结果表明:大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥在非一致激励下交界墩伸缩缝位移和主拱拱脚及主拱L/4处弯矩随相位差的变化具有周期性,且变化周期与结构1阶纵向自振周期基本一致,在相位差为结构1阶纵向自振周期的2n倍(n为整数)时结构响应处于峰值,在(2n+1)/2时结构响应处于谷值;跨中伸缩缝位移、拱顶轴力在非一致激励下分别为一致激励下的50~150倍,100~300倍;由于行波效应加剧了结构地震响应,在进行大跨度劲性骨架混凝土拱桥抗震设计时应考虑行波效应对结构关键部位的影响。     

岩石含水状态对岩石膨胀力影响的研究

岩石膨胀力试验是测定膨胀岩在水环境下所产生膨胀应力的试验方法。岩石的含水状态对膨胀力测试值具有重要影响。本文通过对岩石试样进行不同含水状态的膨胀力试验,研究了含水状态对岩石膨胀力试验结果的影响程度和规律。结果表明:含水状态对膨胀力测试值的影响显著,风干状态下的膨胀力平均值是饱和状态的83.0倍,烘干状态下的膨胀力平均值是饱和状态的77.6倍,烘干或风干状态的岩石再次遇水后,会出现持续膨胀的趋势,长期干燥环境使岩石内部毛细水充分排出,当岩石再次吸水膨胀时其更具危害性。对于材质均匀,一致性较好的膨胀岩,膨胀力测试值随含水比的增大而减小,随空孔率的增大而增大,且相关性较好。     

铁路下穿式结构施工受轮轨作用力的影响分析

针对既有线下隧道施工引起的轨道变形而加大轮轨作用力的情况,以在建地铁南京站为例,通过弹塑性动力有限元法分析行车动荷载对轨下施工中隧道的影响,同时分析了由于轨下构筑物的存在对路基内动应力的影响。分析中采用轨枕—道床全支承模式,土体采用理想弹塑性动本构模型,分别考虑了轨道不加固情况和采用D24型便梁加固两种情况,计算得到了隧道上覆土体及隧道初衬结构的动力响应。对两种情况的计算结果进行比较,表明对线路采取便梁加固后,隧道拱部土层的附加动应力减小了76%,而初衬的附加动应力减小了58%,便梁加固时减小了列车动荷载对施工期隧道的影响,有利于初期支护的施工;轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减,在既有线路的地下构筑物施工中应引起重视。     

基于预紧力工况下的原位螺栓超声检测研究

高铁制动盘螺栓疲劳裂纹可能会危害列车行车安全,有必要进行原位检测。但常用小角度纵波检测未考虑原位状态下预紧力的影响,螺栓缺陷定量精度不足。运用CIVA软件对原位螺栓裂纹进行仿真并优化检测工艺;利用有效弹性常数法表征螺栓在应力诱导下的宏观各向异性,研究预紧力对缺陷定量的影响规律。建立原位状态的螺栓模型,分析折射角,晶片尺寸,频率和带宽对螺栓声场和缺陷回波的影响,选择最佳工艺参数。基于此参数,模拟不同预紧力下不同尺寸缺陷的回波。研究结果表明:不同预紧力下回波幅值不同。最后,绘制缺陷大小-波幅曲线图,实现螺栓缺陷定量分析。对实际螺栓开展原位检测,结果表明考虑预紧力后,缺陷定量误差降低了12%。