地铁列车运行时引起的隧道内振动荷载研究

地铁环境振动研究首先需要确定隧道内的振动荷载。针对以往采用的解析计算模型确定地铁振动荷载时对列车、轨道、地基各子模型的影响研究不够,基于车辆-轨道-隧道-地基模型对此进行详细分析。研究结果表明:不考虑轨道不平顺时,列车可以直接简化为移动点荷载,考虑轨道不平顺时,不同列车模型确定的地铁振动荷载差别不大,但轮轨力存在一定差异,列车最好采用整车模型。整体式轨道的地铁振动荷载最大,有砟轨道次之,浮置板轨道最小。浮置板可以有效减少地铁振动荷载的幅值和频率,但随着浮置板长度增加振动荷载趋于恒定。地基模型对地铁振动荷载影响很小,地基可直接简化为Winkler模型。对计算模型中不同子模型的影响进行分析,可为地铁振动荷载的确定提供一定的参考。     

城市轨道交通路基沉降与无砟轨道轨面不平顺映射关系

路基沉降会影响轨面不平顺,为了分析路基沉降与无砟轨道轨面不平顺间的映射关系,基于温克尔弹性地基耦合梁理论和有限元方法,建立考虑层间接触非线性整体道床轨道梁-体空间有限元模型,对轨道自重荷载和设计列车动荷载作用下轨面不平顺与路基沉降间映射关系展开研究,并在此基础上,提出城市轨道交通无砟轨道线路路基不均匀沉降的安全限值。分析结果表明:路基发生不均匀沉降时,无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载作用下发生跟随性沉降变形,且各层沉降幅值从上到下依次增大;路基沉降幅值越大轨面不平顺越明显,20 m沉降波长条件下,沉降幅值超过25 mm时轨道结构与路基间易形成脱空;轨面不平顺对路基沉降波长也极为敏感,20 mm沉降幅值条件下,当沉降波长超过25 m时路基与轨道结构间脱空现象明显缓解,此时轨面不平顺基本可与路基变形保持一致。     

“公轨合一”型高架桥系统的城市轨道交通列车运行平稳性分析

"公轨合一"型高架桥具有上下桥桥幅不相当的特点,桥梁结构在单侧汽车荷载作用下的空间扭转效应明显,振动传递到轨道梁上会对列车运行的平稳性造成影响。通过ANSYS有限元软件建立有限元模型,推导了10自由度列车垂向模型并通过分离迭代方法求解。考虑轨道不平顺,将汽车荷载考虑为移动力模型,分析了高架桥上汽车运行对列车运行的平稳性影响,以及轨道不平顺对列车运行的影响。     

不同轨道状态对轮轨附加动荷载影响

根据随机振动基本理论，建立了轮轨相互作用模型，分析列车速度提高后，轨道不平顺谱、轨道刚度等参数对轮轨附加动荷载的影响，本文主要对不同轨道状态下的轮轨附加动荷载进行了研究，研究结果认为，采用合理的轨道结构，减小轨道的不平顺，可以明显降低轮轨附加动荷载，是减少由于列车速度提高后轮轨动力作用的有效措施。     

高速列车作用下场地振动的分析方法及特性研究

基于车辆动力学和有限元-无限元结合方法 ,建立高速列车-无砟轨道-路基-场地土动力相互作用三维数值分析模型,提出一种研究高速列车引起周围场地振动的分析方法,计算列车荷载作用下周边地基土的动应力和动位移,与既有文献中的结果对比验证本文方法,分析地基土性状对高速铁路场地振动的影响。该模型利用ABAQUS软件,同时结合FORTRAN、MATLAB程序模拟高速列车在钢轨上的实时运行,考虑轨道不平顺,将无限元作为地基土的边界,与模拟地基土实体的有限单元进行耦合,较好解决了振动波在模型边界的反射问题,为列车、轨道、路基系统动力学和轨道交通环境振动分析提供了新的研究思路和计算方法。     

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型与验证

高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力响应是高速铁路设计、施工和运维普遍关注的问题。为了较好地掌握高速列车荷载作用下的无砟轨道、路基以及地基各结构的动力响应,采用实体单元对无砟轨道结构、路基和地基进行建模,考虑扣件系统的5层垫片和弹条,以超弹性材料本构关系模拟橡胶垫片的大变形行为,以三维黏弹性静-动力统一人工边界模拟无限地基,以静动力顺序分析模拟路基和轨道的建造过程,以实测轮轨力模拟列车高速运行时产生的激励,构建高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基精细化有限元模型,采用实测数据,从动位移、动应力和动应变三方面对模型进行验证。研究结果表明,所建模型间接地考虑了空气和轨道不平顺对高速运行列车荷载的影响,考虑了扣件系统多层垫片间接触压力的传递和扩散,能很好地模拟列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基系统的动力响应,与实测结果吻合很好。高速列车荷载作用下基床表层的动应力小于20 kPa,动应变处于10με量级,表明路基处于小应变和弹性变形状态。该模型可用于深入研究高速列车荷载作用下无砟轨道-路基-地基的动力学行为,为高速铁路无砟轨道结构及路基设计、优化提供一种有效的计算分析手段。     

高低不平顺条件下高速铁路桥-隧过渡段路基的动力特性

基于D'Alembert原理的能量弱变分和整体Lagrange格式,建立了无碴轨道桥-隧过渡段半无限三维空间动力有限元计算模型,结合高速车辆振动的几何不平顺条件,采用一与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车高速移动的竖向动荷载.通过数值分析,研究了高速移动荷载和不平顺条件下桥-隧过渡段路基的动态响应,揭示了几何竖向上"凸"或下"凹"不平顺等因素对其路基变形、动应力及加速度的影响规律,并与部分实测资料进行了对比,证实了计算模型的正确性.合理选择"超高"填筑过渡段,能减小过渡段路基动态响应,其研究结果为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要基础.     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

基于激光准直的轨道长波检测关键算法的研究

轨道不平顺是引起列车产生振动的主要原因。有资料报道,列车的激烈振动主要是轨道的长波不平顺引起的。轨道长波高平顺对高速列车安全、快速和舒适起关键性作用。目前,轨道长波不平顺尚无可靠、高效的检测手段。把激光准直技术应用到轨道长波不平顺检测是当前研究的一个方向。为减小激光准直精度对轨道长波检测精度的影响,提出分次测量、建立测量数据二维坐标转换模型,并对模型进行误差分析。应用Matlab进行算法仿真,测量精度比直接测量提高了约0.19 mm,表明该算法的可行性,可以应用于轨道长波不平顺检测。     

频域采样三角级数法模拟轨道不平顺信号

在对传统轨道不平顺信号数值模拟方法优缺点分析的基础上,从周期函数傅里叶级数展开原理和离散信号功率谱关系式出发,推导出直接由功率谱密度函数频域采样的三角级数法模拟轨道不平顺。该方法根据列车运行速度、需要模拟的上下限频率范围及模拟时间长度直接模拟出轨道的不平顺序列。应用该方法对美国轨道线路谱进行数值模拟,通过与传统方法的对比,反映了该方法实现容易、模拟精度高且结果可用解析式表示的优点,并能够直接给出轨道线路谱密度不同频率处的幅值大小,有利于研究列车主动控制算法在对不同频率处的控制效果;该方法还可对美国轨道线路五级谱和六级谱进行数值模拟,在随机相位一致的情况下,直观地反映出不同轨道线路谱等级在时域波形上的不平顺差异水平。