车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明：车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

磁悬浮轨道梁刚度对列车走行性影响研究

高速磁悬浮列车过桥为移动的均布荷载过桥 ,它与铁路车辆集中荷载过桥不同。磁浮列车整车模型和移动荷载模型过桥的有限元仿真分析证实在轨道梁第一阶自振频率 f接近磁浮列车速度与轨道梁跨长之比接近v/L时 ,轨道梁动力响应最大。桥梁动力响应随着轨道梁刚度增加而减小 ,当轨道梁第一阶竖向自振频率大于vmax/L时 ,轨道梁不会出现剧烈振动 ,再增加轨道梁刚度不能有效地减小振动     

高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

通过测试(48+3×80 +48)m大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2动车组以各种速度通过桥梁时的动力响应,结合理论计算分析,对大跨度连续梁动力性能进行分析和评价.结果表明:引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应,竖向加载频率主要取决于列车速度和车长;列车荷载激励频率和大跨度预应力混凝土连续梁的某阶自振频率相吻合时,桥梁的振动响应出现峰值,各跨振动响应峰值与该阶自振频率对应的振型形状有关;实测梁体动力响应均符合相关规范要求,能够满足列车运行安全性和平稳性的要求.     

大跨度多线铁路斜拉桥行车安全性分析

研究目的:列车通过桥梁时,与桥梁的耦合作用会影响桥上列车的行车安全性。大跨度斜拉桥由于自身结构柔度较大,其与列车的耦合作用往往会导致较大的桥梁响应,列车的行驶安全性更加需要予以重视。本文以某大跨度四线铁路斜拉桥为例,采用计算机模拟方法进行车-桥耦合分析,讨论不同列车类型、车速、列车行驶位置及双车交会下的桥梁及列车响应。研究结论:(1)不同速度等级下,桥梁振动响应呈往复变化,当列车施加的激励频率接近桥梁低阶自振频率时,桥梁振动接近峰值;车辆响应随车速增加而增大;(2)车辆类型对桥梁响应影响较大,其中货车C80的各项车辆响应指标更大;(3)车辆运行轨道对桥梁加速度和竖向位移的影响较小,对车辆响应的影响也较小,但对桥梁的横向位移影响较大;(4)双车运行情况下,随着两车入桥差的增加,桥梁的响应有所改善,不同的入桥距离对车辆响应的影响不明显;(5)本研究成果对类似大跨度斜拉桥的设计具有一定的参考价值。     

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。     

速度300 km/h列车振动荷载下隧道衬砌加速度响应规律分析

通过现场试验和有限元数值模型计算的方式,对衬砌在速度300 km/h列车荷载作用下的加速度响应规律进行了研究,经过高速铁路隧道现场衬砌振动测试和数值模型计算结果对比,验证了衬砌动力计算模型的正确性和可靠性;振动荷载在衬砌拱圈中的竖向振动加速度由墙角向拱顶呈下降趋势,拱圈横向振动加速度则呈现由墙角到拱顶先下降后增大的趋势,横向和竖向加速度的绝对值在接近列车侧均明显大于远离列车侧;证实了动车组列车轮对二阶固有频率对隧道衬砌拱圈振动加速度响应频率有较大影响;拟合得到了速度300 km/h列车作用下隧道衬砌拱圈横向和竖向振动响应加速度传递经验的三角函数公式。研究结果可为后续隧道衬砌在列车荷载作用下振动响应机制的研究提供参考。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

双线预应力混凝土连续梁桥竖向有载自振频率研究

研究目的:采用车-桥系统相互作用的计算模型,对铁路双线连续梁桥竖向有载自振频率进行了理论推导,并计算了两列20辆相同参数的提速客车从桥梁的两端同时通过40 m+4×72 m+40 m部分预应力混凝土连续箱形梁桥时,车-桥系统的竖向有载自振频率。为进一步研究多线铁路桥梁竖向有载自振频率和振动响应等提供参考。研究结论:该桥双线满布车辆时,竖向有载自振频率的变化规律与单线简支梁桥以及该桥单线通过列车时的竖向有载自振频率的变化规律相似;该桥的竖向有载自振频率可以用相应的无载自振频率来代替,不会引起明显的误差;如果计算该桥的竖向有载自振频率,可取其平均值代替。     

中低速磁浮轨排结构动力性能试验研究

测试了中低速磁浮轨排系统在列车通过时的动力响应,获得了轨排结构在动力荷载作用下的自振频率、动应力、位移动力系数以及螺栓力。结果表明：轨排结构的竖向振动一阶频率和二阶频率分别为9.088 Hz和17.614 Hz,横向振动的一阶频率和二阶频率分别为6.426 Hz和17.614 Hz;轨排结构的横向振动与竖向振动相耦联,但并非是扭转振动所致;导轨和轨枕的应力变化与车速关系不明显;在所测车速范围内,位移动力系数随着车速的增加呈增大趋势。     

义乌宾王大桥静动力性能试验研究分析

静载试验分3种荷载工况,对每种工况均测试关键截面的应力及挠度。动载试验对列车以不同速度过桥时墩顶及跨中截面的横向振动位移进行量测,并测试跨中截面的竖向动挠度。通过脉动试验,对全桥的自振频率、振型及阻尼比进行量测。进行检算,确定桥梁各部位的最大应力,以得出原设计最不利荷载轮位并指导试验。采用静、动载试验方法检验桥梁整体及各部位受力性能和结构动力特性,得到应力、挠度、横向振动位移,竖向动挠度、自振频率、振型和阻尼等关键桥梁特性值。将这些关键的桥梁特性值与2006年对本桥所作试验而得到的相对应的桥梁特性值进行对比,通过这些数据的变化,得出本桥在刚度,强度等方面的变化,为进一步的理论分析提供依据,并对桥梁在养护和维修加固方面给出合理的指导与方向。     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

钢-混凝土连续结合梁动力性能试验研究

通过对合宁铁路钢-混凝土连续结合梁动力性能试验,测试钢-混凝土连续结合梁的自振特性和CRH2动车组、120 km/h试验货车和160 km/h试验客车通过时的动力响应.试验结果表明,钢-混连续结合梁可以满足这3种列车通过时的安全性要求;梁体的竖向、横向自振频率、跨中挠跨比、梁端转角、挠度、应变动力系数、跨中横向振幅、墩顶横向振幅、竖向加速度、支座横向动位移均符合相关规范和设计的要求.     

高铁济南黄河特大桥钢桁梁主桥动力性能研究

高铁济南黄河特大桥为京沪高铁和太青客运专线四线共建桥,其主桥采用(112+3×168+112)m下承式连续刚性梁柔性拱型式.采用现场测试与有限元分析相结合的方法,对济南黄河特大桥钢桁梁主桥的动力性能、行车安全性和平稳性进行研究.结果表明:桥梁横向、竖向刚度均满足相关规范和设计文件要求;实测梁体横向和竖向1阶自振频率分别为1.57和1.72 Hz,与测试速度内动车组的横向和竖向强振频率相距较远,未出现共振;动车组作用下的梁体最大竖向动力增量为设计荷载的3％,梁体最大竖向振动加速度(20 Hz低通数字滤波后)均小于0.5m·s-2,梁体横向和竖向振幅均较小,能够满足300 km·h-1动车组运行要求;动车组通过主桥有砟区段的安全性指标小于允许值,车体横向和垂向平稳性指标均小于2.5,动车组车辆动力学响应在主桥和引桥不同轨道结构线路区段的实测结果差别不大.     

悬挂式单轨列车与轨道梁桥系统动力性能试验研究

针对我国第一条悬挂式单轨交通试验线开展行车动力学试验。试验线轨道梁桥为底部开口的钢结构箱梁,试验列车为基于锂电池驱动的悬挂式单轨列车,最高试验运行速度为60 km/h。试验结果表明:轨道梁桥结构具有良好的竖向和横向刚度,其垂向一阶自振频率和横向一阶自振频率分别为5. 60、2. 27 Hz,自振频率理论计算结果与实测结果基本相符;轨道梁桥结构的振动加速度随着行车速度的增加而逐渐增大,其跨中垂向和横向加速度最大值分别为0. 19g、0. 11g,满足铁路桥梁相关规范要求,轨道梁桥动态位移随着行车速度的增加无明显变化,表明列车对该轨道梁桥的动力冲击作用受速度影响较小,在所有测试工况中,轨道梁桥挠跨比小于1/1 100,动力冲击系数小于1. 1;列车在各种速度工况下,其横向平稳性指标较垂向平稳性指标略大,但两者平稳性指标均小于2. 75,表明运行车辆具有良好的平稳性。     

高速磁浮简支箱梁桥车致动力响应分析

为研究600 km/h高速磁浮简支箱梁桥方案的车致动力行为,基于柔性体动力学方法,建立并验证了磁浮列车通过桥梁的桥梁动力分析模型。以跨度30.96 m高速磁浮简支箱梁桥为研究对象,进行不同梁高的桥梁动力特性对比,分析不同梁高和车速对高速磁浮桥梁动力响应的影响。结果表明:所建立移动荷载过桥动力分析方法能较好地反映磁浮列车通过桥梁时的桥梁动力响应。针对2.8,3.0,3.2 m三种梁高,速度分别为200～480,200～500 km/h和200～540 km/h时,桥梁竖向位移随速度变化的幅度较小,当速度分别超过480,500 km/h和540 km/h时,桥梁竖向位移急剧增大。2.8 m梁高的桥梁动力系数最大为1.319。桥梁竖向加速度随速度变化出现3个极值点,320～360 km/h速度对应的桥梁竖向加速度最大,2.8 m梁高对应的加速度为4.040 m/s~2。