朔黄铁路小唐河大桥加固前后动力性能对比分析

朔黄铁路开通运营以来,出现了桥梁横向振幅较大并且超过允许值的问题。通过对朔黄铁路小唐河大桥加固前后的动力性能检测,分析了小唐河大桥横向振幅较大的原因,对桥梁加固设计起到了指导作用,试验检测证明桥梁加固效果良好。     

快速复合方法加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对既有线32 m简支T型梁桥在列车提速时横向刚度不足、振幅过大以及重载列车过桥时承载力不足的问题,提出通过预制混凝土横隔板及体外预应力钢绞线对桥梁进行横向和纵向复合快速加固方法,通过ANSYS和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)进行桥梁加固前后静力性能以及车桥耦合动力性能分析。研究结论:(1)提速列车过桥时主要问题是横向振幅过大,而横向加固能够有效提高梁体的横向刚度,使桥梁的横向一阶、扭转一阶自振频率显著提升,减小列车过桥时的动力响应;(2)重载列车过桥时主要问题是承载力不足,竖向挠度过大,竖向加固在提高承载力和竖向一阶自振频率的同时,会导致梁体的横向自振频率变小,需在纵向加固同时进行横向加固;(3)证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性;(4)加固后桥梁能够满足提速列车以及重载列车运营要求;(5)此加固方法适用于工期紧张且不能中断运营的铁路既有简支桥梁的加固。     

应用阻尼器抑制铁路桥梁横向振动的研究

研究目的:针对既有铁路混凝土简支双T桥梁在列车提速以及货车轴重增加导致桥梁横向振幅过大的问题,本文提出通过应用黏滞阻尼器来抑制桥梁的横向振动。该加固方法施工简单,工期短,不中断列车的正常运行,且对桥梁的刚度没有影响,所以不会带来结构周期的改变。通过有限元分析软件ANSYS对桥梁加阻尼器前后的动力性能进行分析,以验证所加阻尼器对减小桥梁横向振幅的效果。研究结论:(1)黏滞阻尼器的两端宜设置在桥梁位移差较大处,若其两端位移相差较小,阻尼器抑制桥梁横向振幅效果不明显;但若阻尼器的两端距离过大,阻尼器的安装成本将会提高;对于预应力混凝土梁,阻尼器宜安装在平行于桥梁横截面的平面内;(2)阻尼器参数对抑制桥梁横向振幅及跨中横向加速度的影响较大,阻尼器非线性越强,对横向振幅抑制效果越明显;考虑到经济合理性,阻尼器的速度指数可取0.3左右;(3)本文通过多体动力学软件UM提取到了货车的轮轨力时程,并结合ANSYS分析得到了桥梁的动力响应,可以较好地反映阻尼器应用前后桥梁的动力特性;(4)阻尼器的加固效果与桥梁自身横向振幅有关,一般情况下,桥梁横向振幅越大,阻尼器的加固效果越好;(5)本研究结论可用于中小跨度混凝土铁路桥梁横向位移的控制。     

轻型墩桥梁横向振动检测与加固研究

研究目的：铁路提速后，大部分轻型墩桥梁横向振幅过大，墩与梁横向刚度不匹配问题十分突出，严重地影响了行车安全，为研究该类桥梁横向振幅过大的原因，提出合理的加固方案，特进行轻型墩桥梁横向振动的检测与加固研究。 研究方法：以某轻型墩铁路桥梁为研究对象，进行了车-桥耦合振动现场检测及分析，进而提出了2种加固方案，并进行了加固效果分析。 研究结果：该桥T梁自身跨中横向振幅基本满足规范要求，但各墩顶横向振幅均严重超限。研究结论：轻型墩横向刚度偏低、墩顶横向振幅过大是导致该类桥梁横向振幅过大的主要原因，本文提出在双柱式墩柱之间增设型钢剪力撑或增设两道横向劲性型钢连接并浇筑微膨胀钢筋混凝土，2种加固方案均能有效地提高轻型墩的横向刚度，控制轻型墩桥梁的横向振幅。     

上承式钢板梁桥加固前后的横向振动研究

针对提速货车作用下中等跨度铁路桥梁出现横向刚度不足,横向振幅较大的情况,在分析车-桥横向振动机理的基础上,建立了车桥振动方程,建立三维有限元模型计算加固前后的动力特性,并以理论人工蛇行运动波形和轨道不平顺作为激励源输入,以蛇形波的波长及车速作为参数对钢板梁桥加固前后的横向振动进行模拟计算和分析。结果表明:当蛇行波长为8.5 m,车速为50.4~75.6 km/h时,加固后桥梁跨中的最大横向振幅不同程度减小,其中加固方案3和方案4在此速度范围内桥梁的减振效果比较明显。     

京九线桥梁横向振幅超限的原因分析及加固措施

铁路的大面积提速导致部分铁路桥梁振幅超限,分析桥梁振幅超限产生的原因,说明横向振幅超限桥梁应采取加固措施,通过测试结果分析加固效果,建议减少轻型墩的使用,施工时,直接采用预应力结构将两片梁横向联结,并尽量不使用普通横隔板.     

小半径反向曲线桥梁车致振动试验研究

结合宁波北站铁路枢纽东疏解线新建小半径反向曲线桥梁动载试验,阐述列车通过曲线桥梁的耦合振动分析理论,根据实测结果对桥梁结构横向自振频率、横向和竖向加速度、横向振幅与位移进行分析,评定列车通过该小半径反向曲线桥梁的运营性能。根据试验分析结果,对小半径反向曲线上桥梁动力特性的理论分析进行验证和比较,提出桥梁有限元模型中基础刚度计算修正的建议。然后,根据修正后的桥梁计算模型,进一步对本桥车桥耦合振动响应进行数值分析,提出货运列车通过该桥梁的合理运行速度及相关建议。     

既有线32 m下承式钢板梁加固方案的车-桥动力仿真分析

为配合沪宁线250 km·h-1提速改造工程,运用车桥耦合振动方法,从车辆和桥梁动力响应角度,对一挠跨比、跨中梁体横向振幅及横向加速度均超过<铁路桥检规>通常值的32 m下承式钢板梁进行加固方案比选.车-桥仿真计算结果表明:加强主梁可以明显提高桥梁的竖向刚度和横向刚度,降低车辆的轮重减载率和车体垂向加速度;增加横向连接系措施可以降低桥梁横向振动加速度;当车速超过220 km·h-1时,可降低车辆的脱轨系数;2种桥梁加固措施几乎不改变车体横向加速度;同时采取加强主梁和增加横向连接系的不同加固方案的效果相差不大.加固后的现场试验表明,该桥的竖向刚度提高明显,比加固前提高约50%,桥梁和车辆的动力响应也均满足相关规定,能够保证提速条件下列车运营的安全性、舒适性和平稳性.     

朔黄铁路韩村大桥单圆柱桥墩加固效果试验研究

朔黄铁路韩村大桥采用单圆柱桥墩,横向刚度不足,制约运输能力,先后两次采取加固措施。对加固后桥梁的动力性能进行了测试,分析了桥梁在运营列车作用下的动力响应。分析结果表明:受测试列车车辆状态的影响,桥梁动力响应值存在一定的离散性,采用实测平均值比实测最大值来评判加固效果更为合理;单圆柱桥墩加固采用上下行桥墩横连和加桩基础加固,桥墩动力性能明显得到改善,桥梁梁体横向振动有所降低,所有实测指标均满足规范要求。该桥加固效果明显,其加固方法可为类似工程提供参考。     

重载铁路小跨度桥梁换梁施工及运营性能测试分析

在既有铁路扩能改造过程中发现中小跨径混凝土桥梁产生了较为严重的病害,通过常规加固技术(如粘贴碳纤维)难以满足长期重载运营要求。以一座跨度为8 m的钢筋混凝土重载铁路桥梁为工程背景,介绍了在役钢筋混凝土梁更换为钢梁的施工过程。通过对换梁改造后的桥梁进行运营性能试验,评价了该桥实际工作状态并检验了换梁效果。研究结果表明:换梁改造后桥梁跨中横向振幅、跨中动挠度动力系数、动应变动力系数远小于规范值;与更换前在役钢筋混凝土梁相比,主梁跨中横向振幅降低率约为74. 6%～85. 2%,桥墩墩顶横向振幅降低率约为11. 1%～50. 0%。     

板桁组合桥梁车桥动力分析模型的等效简化方法

以上海轨道交通5号线跨越黄浦江的公路、轨道交通两用连续钢桁梁斜拉桥--闵浦二桥为工程背景,基于梁格法理论,建立大跨度板桁组合体系桥梁车辆-桥梁系统耦合振动分析模型的快速合理的等效简化方法,阐述了此类桥梁的动力特性以及各部分构件对桥梁动力特性的贡献。分析结果表明,等效前后的模型在动力特性方面具有良好的一致性,等效后的模型可用于车桥耦合振动分析。该等效简化方法为建立大跨度板桁组合体系桥梁车桥耦合振动分析的简化模型提供了一种简捷的方法。     

铁路桥梁刚度描述方法

针对我国新建桥梁跨度和结构形式远远超出现有桥梁设计规范的适用条件,以及国内外桥梁刚度指标和取值存在较大差异,进行铁路桥梁刚度描述方法和预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度的限值研究。提出一种铁路桥梁刚度的统一描述方法,即采用设计荷载下的梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角及非梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角沿桥纵向的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,并推导出大跨度铁路预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度设计参考限值。该方法不仅能方便描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且能描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁和特殊桥梁结构的刚度问题。通过代表性桥梁的车桥系统动力响应计算分析,证明了统一描述方法的可行性和较好的统一性。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

城市轨道交通U型梁车桥动力响应分析

运用车桥耦合振动理论分析了城市轨道交通高架桥U型梁车桥振动响应。计算分析了不同编组列车和车速下,U梁位移动力系数、总体应力动力系数、道床板局部应力动力系数、道床板横向应力的空间分布特点及列车过桥的平稳性。计算结果显示,位移动力系数随车速增大而增大,但数值较小;应力动力系数大于位移动力系数,空重混编计算结果较大,其他编组差异很小,随车速变化无明显规律;道床板局部应力动力系数呈梁端大、跨中小,与腹板相交处大、道床板中心处小的分布规律;梁端道床板与腹板相交处横向负弯矩变化率较大,且幅值较大,易发生疲劳损伤而顶面开裂。分析结果表明,不能用位移动力系数定义U梁应力动力系数,建议采用总体和局部应力动力系数进行承载力设计。分析比较各舒适度评判标准,建议用ISO2631标准评价城市轨道交通旅客乘坐舒适度。     

机车车辆动力学研究及发展

机车车辆动力学在最近10年得到迅速发展,考虑车辆—轨道耦合作用的耦合模型得到广泛应用。随着大跨距跨江铁路桥的建设,车和桥的耦合振动会引起接触网的振动,进而影响弓网的耦合振动。因此十分有必要开展接触网—受电弓—机车车辆—线路—桥梁耦合大系统动力学的研究。进行机车车辆动力学性能优化,必须首先确定机车车辆动力学三要素的优先关系,即运行的稳定性—安全性—平稳性,建立以列车为研究对象的模型,同时在模型中考虑机车车辆结构弹性和频变特征悬挂参数以及气流扰动的影响,进而进行灵敏度分析和参数优化。给出考虑频变特性的钢弹簧等效计算方法以及基于循环变量的列车系统动力学建模和计算方法,并验证了计算方法的有效性。     

基于轮轨线性相互作用假定的车桥相互作用理论及应用

研究车桥耦合系统中轮轨相互作用关系问题。以刚体动力学方法建立车辆子系统模型,有限元法建立桥梁子系统模型;假定车辆轮对与钢轨之间在竖向上服从轮轨密贴假定,在横向上服从Kalker蠕滑理论;并在计算横向蠕滑力时考虑轮对锥形踏面和恒定法向力;以轨道不平顺为系统激励;建立车辆-桥梁统一的线性动力平衡方程组。利用上述轮轨线性相互作用假定,以SS8单节机车通过单跨32m简支梁为例,计算各轮对横向运动的时域及频域响应;讨论轮对蛇形运动波长、波幅的影响因素;分析桥梁横向振动、横向轨道不平顺以及车辆系统横向振动三者的关系;并验证轮对蛇行波假定的正确性。     

3×340m公铁合建多塔斜拉桥结构体系研究

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。金海桥塔多联长,采用何种结构体系提高结构刚度、减小温度效应及改善结构受力是结构设计的关键。为此,在总结既有多塔斜拉桥经验的基础上,比选了半漂浮体系、刚构-半漂浮体系、梁式支承体系以及首次在多塔斜拉桥应用的刚构-连续体系。通过对4种结构体系的刚度,结构受力等分析,并考虑构造要求和经济性,推荐采用刚构-连续体系,即两中间塔墩梁固结,两边塔梁固结、塔墩分离。该体系有效提高了结构整体刚度,主梁、桥塔及斜拉索受力较优,同时降低了温度效应的不利影响,车桥动力仿真分析结果表明,桥梁的振动性能良好,行车舒适性优。     

大跨度轨道交通桥梁扭转变形及其限值

偏载作用下大跨度桥梁主梁易产生较大的扭转变形,这对轨道交通车辆运行的安全性和舒适性是不利的。针对大跨度桥梁扭转变形的特点,明确了大跨度桥梁主梁局部扭曲和整体扭转两种变形形式,并结合相关规范的已有规定和公务部门的管理标准,提出了扭转变形限值的取值标准,并通过车—桥耦合振动分析实例验证了主梁扭转变形的不利影响。研究结论可为设计和管理人员提供参考。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。