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.     

轮胎式轨道交通车辆动力学研究现状与挑战

总结了几种典型轮胎式轨道交通车辆动力学问题的研究现状,包括跨坐式单轨车辆、悬挂式单轨车辆、胶轮路轨车辆、胶轮有轨电车和虚拟轨道车辆,探讨了轮胎式轨道交通车辆动力学未来的研究内容。研究结果表明:跨坐式单轨车辆动力学研究集中于抗侧倾稳定性、曲线通过性能和车-桥耦合振动,根据跨坐式单轨车辆抗侧倾稳定性变化规律提出的临界侧滚角理论阐明了稳定轮和导向轮预压力的设置原则,给出了稳定轮和导向轮预压力与运行舒适度、曲线限速之间的联系,跨坐式单轨车辆提速的关键是开发性能更优的轮胎,并控制由于运行速度提高所引起的振动恶化;悬挂式单轨车辆动力学研究集中于车辆运行性能和车-桥耦合振动,其倾摆特性和横风引起的倾摆稳定性是悬挂式单轨车辆的特有动力学问题,由于车-桥耦合振动引起的钢质轨道梁低频噪声是有待研究的问题;胶轮路轨车辆在国内的研究刚刚起步,现阶段的主要问题是改善车辆的横向平稳性;胶轮有轨电车动力学研究集中于车辆运行性能和导向轮/轨关系,研究难点在于阐明其导向稳定性的机理和影响因素;作为一种新型轨道交通车辆,虚拟轨道车辆提出了许多新的动力学研究问题,包括循迹控制、机械架构与循迹控制策略的匹配性、纵向力分配、分布式驱动等,或将成为轮胎式轨道交通车辆动力学研究的新热点。      

用拉普拉斯变换求梁的内力和变形

本文根据梁的变形和弯矩、剪力、荷载的关系，利用Laplace变换方法将挠度方程变换，把常用的荷载对应的变换制成表，较简便地求解梁的内力和变形．     

钢框架计算的CDC法

本文以文[4]导出的单个梁-柱的增量相关议程为基础，讨论了CDC法在钢框架分析中的计算原理，即 在框架计算中，以各梁=柱为独立单元，根据各单元自身的边界条件和相互的变形连续条件，建立整个结构的内力增量与变形增量的相关方程，从而定出荷载作用下结构的变形状态，再由外力增量与变形增量的相关方程反算荷载增量的合理取值，从而使框架计算的全过程得到大幅度的简化，因此，框架计算的CDC法是解决其计算精度和速度的有效途径。     

基于因子模型的跨坐式单轨车辆抗倾覆性能

针对跨坐式单轨车辆抗倾覆性能影响因素繁多且复杂的特点, 利用降维思想提出一种综合评价车辆抗倾覆性能的方法, 并分析其影响参数敏感性; 基于浮心高度、柔性系数和临界侧滚角的定义, 推导了针对跨坐式单轨车辆的3个指标计算方法, 讨论了3个指标的区别, 综合提出13个可量化的抗倾覆影响因子; 基于测试和仿真数据建立了跨坐式单轨车辆的抗倾覆影响因子模型, 计算得到5个主因子和各参数的影响权重; 提出以抗倾系数来综合评价跨坐式单轨车辆的抗倾覆性能, 并得到其便捷计算方法; 利用多体动力学软件Universal Mechanism建立车辆-轨道参数化动力学模型, 验证了所得到的参数权重与评价指标的准确性。分析结果表明: 跨坐式单轨车辆的浮心高度、柔性系数和临界侧滚角均能不同程度地反映车辆抗倾覆性, 但不能体现参数敏感性; 跨坐式单轨车辆的抗倾覆性能受稳定轮与轨道梁表面接触状态的影响明显, 当稳定轮一侧脱离轨面时, 车辆的抗倾覆性能下降约50%;影响车辆抗倾覆性能的5个主因子分别是稳定轮、二系悬挂、横向跨距、一系悬挂和车体; 适当降低稳定轮垂向位置和车体质心位置, 增大水平轮预压力和走行轮横向跨距可有效提高跨坐式单轨车辆的抗倾覆性能。      

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。     

轻型跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标分析

在总结跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标研究成果的基础上,分析了庞巴迪公司轻型跨坐式单轨车辆的特点,初步论证了轻型跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标的适用性,探讨了车辆的直线稳定性能和平稳性能,重点分析了稳定轮倾覆系数、走行轮倾覆系数、导向轮径向力、车辆侧滚角等曲线通过性能指标,结果表明庞巴迪轻型跨坐式单轨车辆具有良好的动力学性能.     

考虑轮胎侧偏特性的跨座式单轨车桥耦合振动模型

为研究跨座式单轨交通车辆-轨道梁系统的耦合振动,以重庆市跨座式单轨交通-预应力混凝土简支梁为研究对象,建立了车辆和轨道梁的耦合振动模型。每节车辆简化为15个自由度的动力系统,并考虑所有轮胎的侧偏特性。车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁简化为欧拉梁,用模态综合法建立其运动微分方程。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并与实测结果和不考虑轮胎侧偏特性的模型做了比较。计算结果表明:考虑轮胎侧偏特性的模型的计算值及变化规律更接近实测值;研究竖向耦合振动问题时可不考虑轮胎的侧偏特性,研究横向耦合振动问题时应该考虑侧偏特性的影响。     

板式轨道动力响应分析方法

为了计算在高速车辆移动荷载作用下板式轨道的动力响应,将轨道板视为线性粘弹性连续支承梁,将钢轨视为线性粘弹性点支承梁,将钢轨和轨道板统一划分为有限单元,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用弹性系统动力学总势能不变值原理,建立了高速列车-板式轨道的垂向耦合动力学方程,计算了车辆通过板式轨道钢轨焊接区短波不平顺时的轮轨动力学响应。仿真结果表明:与其他成熟仿真方法相比较,响应变化趋势与幅值基本一致,表明该方法可行。     

跨座式单轨交通PC轨道梁车桥耦合振动分析

为探讨跨座式单轨交通车桥系统的动力响应,采用线性化轮胎模型建立了15个自由度的跨座式单轨车辆动力学模型.模型考虑了走行轮、导向轮和稳定轮的径向刚度与侧偏效应,并考虑了走行轮的纵向滑转特性.以重庆市跨座式单轨交通典型区段的PC(预应力混凝土)轨道梁为对象,采用自编程序对跨座式单轨车辆过桥时的车桥耦合振动进行了分析,并通过计算与实测结果的对比分析对所建立的理论模型和编制的程序进行了验证.     

考虑不同轮轨耦合作用的高速列车动力学响应分析

基于多体系统动力学理论,利用多体动力学软件建立了某型高速车辆系统动力学模型,对比分析了不同轮轨耦合作用下车辆系统的振动响应,计算得到了两种轮对的非线性临界速度,并合理选取了六种典型线路工况,研究了不同轮轨耦合作用对车辆系统动力学性能的影响.结果表明:轮对弹性变形使车辆系统的非线性临界速度降低,并降低了车辆系统与无质量轨、移动质量轨耦合下的脱轨系数、轮轨横向力和轮轴横向力等动力学指标,但与柔性轨道耦合时,上述动力学指标却升高;当车辆系统与无质量轨耦合时,轮对弹性变形使车体Sperling平稳性指数在横向上最大增幅为5.3%,而在垂向上最大增幅仅为0.7%.     

聚丙烯纤维增强混凝土梁变形性能的试验研究

为探究PP-ECC梁与RC梁变形发展规律的区别,通过逐级加载和循环加载两种加载制度对4根PP-ECC梁和4根RC梁进行抗弯试验;同时,基于有效惯性矩法推导出适用于短期荷载作用下PP-ECC梁的最大变形计算公式. 研究结果表明:逐级加载下,PP-ECC梁呈现出更为明显的塑性变形阶段,与RC梁相比,PP-ECC梁经过5次循环加载后的循环荷载变形曲线与原曲线拟合度较好;循环加载过程中,PP-ECC梁在基准荷载下的加载变形增长率和卸载变形增长率均小于相同配筋率的RC梁,呈现出更好的抗损伤变形能力和变形恢复能力;基于有效惯性矩法推导出的变形修正模型计算结果与试验结果拟合度较好,可应用于实际工程对PP-ECC梁在短期荷载作用下最大变形的计算.      

沥青路面土基永久变形预测

首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状；然后，基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量．该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数；最后，以一个柔性路面为例，应用该模型对循环荷载下的路基变形发展进行了预估。     

苏通斜拉桥的静风响应及动力特性影响

首先建立了苏通斜拉桥的三维有限元模型.按照文献报道的静三风力系数,计算了大桥在风荷载下的静力变形.并分析了静力变形和内力对大桥动力特性的影响.结果表明大桥在设计风荷载作用下主梁位移处于线性状态,具有良好的静风稳定性.静风下的变形和内力对结构模态参数影响很小.     

铁路板式轨道结构平面有限元分析

无碴轨道是一种新型的轨道结构型式,越来越多地应用于高速铁路。目前,无碴轨道结构计算理论还不完善,多采用叠合梁的方法。现采用平面有限元方法,把荷载和轨道结构看成一个系统,对板式无碴轨道在荷载作用下的竖向位移和内力进行了分析,并通过MATLAB编程实现,计算结果符合无碴轨道结构基本原理。     

南昌二元地层便道荷载对邻近桥梁桩基的影响

研究南昌地区典型二元地质条件下施工便道车辆荷载作用引起的邻近土体位移和桥梁桩基变形及内力分布特性,评估近接施工便道荷载对既有桥梁桩基安全的影响。采用Plaxis 3D有限元模型对比分析摩尔-库伦(M-C)和小应变刚度(HSS)两种土体本构模型计算结果的差异,在此基础上采用HSS模型进一步分析施工便道荷载作用下,邻近营业线既有桩基的附加变形及内力分布,对其安全性能进行评估验算。研究结果表明:采用M-C模型计算得到的土体位移分布范围过大,HSS模型计算结果更接近实际情况;在施工便道车辆荷载作用下,以6 mm为土体沉降变形允许值,其影响范围在便道中心线左右各3.2 m,邻近既有桥梁桩基的变形及内力均在安全范围之内,其安全性满足规范要求。     

某特大桥临时托架方案优化研究

三角托架是桥梁施工过程中一种重要且应用广泛的临时支撑方式。采用MIDAS软件对三角托架的内力和变形进行分析计算,得到了三角托架在上部荷载作用下的内力和变形分布规律,为三角托架的设计和施工提供参考。     

PP-ECC梁抗弯性能试验研究

为研究聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）梁与普通钢筋混凝土梁在弯曲荷载作用下力学性能的差异,通过四点弯曲加载,对PP-ECC梁的抗弯性能进行了试验探究. 对PP-ECC梁的弯曲破坏过程进行了阶段划分;基于计算假定和简化后的PP-ECC本构模型推导出PP-ECC梁各阶段的理论临界荷载;通过试验结果对计算模型进行验证,并对比相同配筋率下PP-ECC梁与普通钢筋混凝土梁在抗弯承载力、裂缝发展形态、跨中最大变形以及延性等方面的差异. 研究结果表明:受拉区PP-ECC材料开裂之后并不退出工作而是协同受拉钢筋参与全截面受力;使用简化本构模型计算的PP-ECC梁理论抗弯承载力计算模型精度达到0.83～1.17,具备较良好的精度;PP-ECC梁在达到极限状态时,受拉区呈多裂缝稳态发展,在达到80%极限承载力时,最大裂缝宽度小于0.2 mm;相同配筋率下,PP-ECC梁在每一加载级别的变形、跨中最大变形以及位移延性系数均高于普通钢筋混凝土梁（跨中最大变形和位移延性系数平均提高71.39%和42.84%）,并且随着配筋率的提高,跨中最大变形和位移延性系数下降;配筋率相同时,PP-ECC梁的极限抗弯承载力较普通钢筋混凝土梁平均提高6.09%.      

考虑轮胎非线性特性的单轨车辆平稳性研究

针对跨座式单轨车辆运行稳定性问题,以重庆跨座式单轨交通车辆为研究对象,将PC轨道梁视为刚体,考虑橡胶轮胎的非线性特性,建立单轨车辆15自由度多体动力学模型,并运用拉格朗日原理推导出车辆运行时的动力学微分方程。采用美国六级路面谱模拟PC轨道梁路面激励,对跨座式单轨车辆在定曲率半径不同车速及变曲率半径不同车速工况下的运行平稳性进行了仿真分析,结果表明在小曲率半径曲线段行驶时,车辆运行平稳性随车速的增加而降低,随曲率半径的增加而提高。     

无碴轨道动力学理论及应用

根据车辆-轨道耦合动力学理论，建立了列车与路基上无碴轨道空间耦合动力学模型．模型中将钢轨视为弹性点支承基础上的Bernoulli-Euler梁，将轨道板及混凝土底座视为弹性基础上的弹性薄板．推导了路基上无碴轨道的运动方程．用上述模型及方程分析了遂渝线无碴轨道综合试验段路基上板式轨道及过渡段的动力学性能．结果表明，快速客车、重载以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、以及CA砂浆和路基面动应力等动力学指标均小于许用值．该无碴（板式和双块式）轨道与有碴轨道过渡段在客运列车作用下钢轨挠度变化率均小于许用值（0．300mm／m），在货物列车作用下略大于许用值．