地震作用下高速铁路桥梁的动力响应及行车安全性研究

将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程，通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来，建立可考虑多点激励与行波效应的车桥系统地震反应动力学分析模型。以某高速铁路连续梁桥为例，对非一致地震激励下桥梁结构的动力响应及桥上车辆运行安全性进行研究，提出确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值，可供实际工程设计时参考。     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究北大核心

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震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车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到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,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

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     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震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车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到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,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

汽车动力作用对曲线梁桥地震反应特性的影响分析

为探讨移动车辆作用对曲线梁桥地震反应的影响,采用模态综合技术,提出考虑地震作用的曲线梁桥车桥耦合振动分析方法.以4×40 m曲线连续梁桥和典型3轴重车为对象,编程分析车辆动力作用下曲线梁桥地震反应特性,研究车辆关键参数、不同地震动类型等因素对曲线梁桥地震反应的影响.研究结果表明:增加车重和车速,结构地震响应受到车辆作用的影响增大;提高地震动峰值,车辆作用对桥梁地震响应的影响减弱;不同场地条件下,车辆作用对桥梁地震反应的影响存在明显差异,地震波频率集中时影响较大.     

高速车辆与桥上道岔动态相互作用规律初探

为揭示高速运营条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,建立考虑轮轨间动态接触关系的高速车辆-道岔-桥梁耦合振动模型,并编制相应计算程序CDAVTB。以时速350 km18号道岔布置于6×32 m连续梁上,轨下基础采用底座纵连式无砟轨道为例展开仿真分析,就铺设于我国客运专线桥梁上的引进技术与自主研发高速道岔的动力响应进行比较,并分析桥梁竖向刚度和岔桥相对位置对车岔桥系统动力响应的影响。结果表明:高速道岔铺设于桥上时,各项动力响应均有所增大,道岔结构参数对车岔桥系统动态相互作用的影响较大。随着桥梁竖向刚度的增大,系统各项动力响应呈减小趋势,32 m跨连续梁的ZK荷载挠跨比宜按不大于1/9 000进行设计。岔桥相对位置的变化将导致系统动力响应的较大差异,就32 m跨度连续梁而言,道岔辙叉部分布置于列车运行方向上距离桥墩1/8至1/4跨范围内时最优。     

大跨多线高速铁路钢桁拱桥车——桥振动安全预警研究

基于南京大胜关长江大桥健康监测系统,对高速列车行车工况下大跨多线铁路桥梁的振动响应进行在线识别。根据大跨多线铁路桥振动加速度幅值会在1个或多个车速点存在明显峰值的特征,提出基于小波包分解法和区间估计理论的车—桥振动安全预警方法。依据不同行车工况下桥梁振动加速度响应幅值、高速列车车速的相关性,采用小波包分解法提取反映桥梁结构振动加速度幅值随车速变化的桥梁加速度幅值在列车车速坐标上的中值线;采用区间估计理论,得到反映桥梁运营过程中桥上列车载客量和轨道不平顺状况等随机因素对车—桥振动影响的桥梁加速度幅值围绕中值线的波动区间;最终基于加速度幅值—车速中值线和加速度幅值波动区间,实现运营中大跨多线高速铁路钢桁拱桥车—桥振动性能的安全预警。     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的:地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节.大跨度桥梁结构由于基础间间距较大,进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响.目前,国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见.该文基于大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL计算平台,较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异,分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应,对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论.研究结论:在一定的相位差范围内,考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时,结构的内力与位移均呈周期性变化,并且变化周期与桥梁自振周期基本一致.同时,行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响.     

单索面低塔斜拉板桁组合公铁两用桥地震响应分析

建立了郑州黄河公铁两用大桥主桥第一联单索面低塔斜拉板桁组合桥的三维有限元计算模型,对该桥梁进行了自振特性分析,在此基础上进行该桥的地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,与竖向刚度相比,该桥梁的横桥向刚度相对弱了一些,桥梁第一振型为横桥向弯曲振动;行波效应对桥梁地震响应的影响较大;当地震波峰值加速度不超过0.15g时,该桥梁的抗震安全性是可以得到保证的。     

车桥耦合动力分析中地震动输入模式的研究

依据地震作用下车桥动力相互作用的特点,建立地震-车-桥简化耦合模型和多自由度耦合模型,进行理论推导,研究采用地震动位移输入、加速度输入模式进行考虑地震作用的车桥耦合动力分析的特点和适用性.以8辆车编组的高速列车通过3跨钢桁拱桥为研究对象,考虑行波效应,进行地震动位移输入和加速度输入2种模式下的车桥耦合动力响应的数值计算对比分析.研究结果表明:位移输入模式对于所有轮轨关系均能适用;而加速度输入模式仅适用于轮轨关系为线性的情况,并且需要考虑拟静力分量对车桥耦合系统的影响;对轮轨关系为非线性的情况,采用地震动加速度输入模式,在车速超过80 m· s-1时会导致耦合系统动力响应被严重低估.     

横向地震激励下的悬索桥车-桥耦合动力响应分析

为探讨横向地震荷载对列车—悬索桥耦合系统动力响应的影响,以几江公铁两用悬索桥为研究对象,将轨道不平顺作为系统的自激激励源,地震作为外部激励,根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立地震激励下的车桥系统耦合振动方程和分析模型,对在横向地震波激励下列车通过悬索桥进行了全过程的模拟。分析结果表明:横向地震激励对悬索桥上的列车运行安全性和舒适性有着显著影响。     

南京长江大桥128 m钢桁梁上列车走行安全性分析

京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁在提速货物列车通过时,其横向振幅很大,远远超过我国《铁路桥梁检定规范》规定的限值,涉及到该梁上列车走行的安全性。针对这一问题,运用桥上列车脱轨能量随机分析理论,对该梁上列车走行的安全性进行计算和分析,结果表明:当货物列车以不超过80 km/h速度通过该梁时,车桥系统横向振动是稳定的不会脱轨,列车走行安全性有保证。此结论符合现场实际情况,为该桥未采取限速措施提供了充分的理论依据。     

客运专线某钢管混凝土提篮拱桥列车走行性分析

针对武广客运专线胡家湾大桥,提出单箱三室箱形系梁的钢管混凝土拱桥空间振动分析模型,建立了高速列车-桥梁系统振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,计算了胡家湾大桥上列车走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数的计算式,并计算了该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,计算了该桥上列车走行舒适性。计算结果表明:ICE列车以不超过300 km/h车速通过该桥时,列车不会脱轨;桥梁抗脱轨安全系数很大,具有很高的抗脱轨安全度;在列车正常运行时,舒适性指标达到了良好以上等级。研究成果可为该桥设计提供理论依据。     

采用槽形梁桥面的大跨度钢桁拱桥车桥动力分析

槽形梁道碴桥面是适用于钢桥的一种桥面新形式,为研究该种桥面的钢桥动力性能,以某大跨度钢桁拱桥为研究对象,将列车、桥梁视为联合动力体系,建立了列车与大跨度钢桁拱桥的车桥耦合动力分析模型.在建立桥梁的有限元分析模型时,对该桥所采用的槽形梁形式桥面选用了梁格法来建模.计算桥梁的自振特性;采用计算机模拟方法,计算了ICE高速列...     

钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥动力试验及车桥耦合振动分析

对跨径140 m的铁路钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥进行全桥动力试验。采用脉动法测试其自振特性;动载试验中试验列车分别以不同速度匀速通过桥面及以一定速度在指定位置处制动,测试各工况下桥跨结构的应变、位移、加速度的时程响应,并将实桥测试结果与该桥的车桥耦合振动计算结果作比较分析。结果表明:该桥具有良好的竖向和横向刚度及结构强度,整体动力性能良好,而通过列车对桥跨结构有一定的冲击作用;实测动力响应及其动力系数结果与理论计算结果相符较好,两者随着列车运行速度的增大而呈现相同的规律性;列车运行具有较好的安全性与舒适度;该类型桥梁适用于大跨度铁路桥梁。     

基于SIMPACK的缓和曲线段高速行车动力响应分析

高速铁路列车运行时的安全性、舒适度以及轮轨动力特性与缓和曲线的线型、长度具有较高的相关度。采用动力学分析软件SIMPACK建立高速铁路车线系统模型,在考虑高速铁路存在轨面不平顺的情况下,引入低干扰谱,研究缓和曲线线型及长度对高速列车运行时各主要评价指标的影响。研究表明,对于300 km/h以上的高速列车,当曲线半径达到7 000 m及以上,缓和曲线达到一定长度时,采用三次抛物线型缓和曲线与半波正弦型相比差别不大,均能满足行车安全需求。     

高速列车与铁路简支组合梁动力相互作用仿真分析

针对中小跨度上承式钢板梁桥在提速时横向振幅过大的问题,提出将钢板梁桥改造成组合桥梁。应用MSC/DYTRAN大型软件对改造后的32m简支组合梁结构进行桥梁动力特性及列车走行性分析。结果表明,当运行速度在140~220km.h-1时,机车车辆的乘客乘座舒适度满足良的标准,改造后简支组合梁结构满足高速旅客列车速度小于220km.h-1的走行性要求。