基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明：与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1～2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变...     

基于车桥耦合动力分析的桥梁动应力计算方法

为充分反映列车与桥梁的动力相互作用,建立三维车辆模型及桥梁有限元模型,依据轮轨接触关系形成车桥耦合动力系统模型;考虑轨道不平顺的随机激励作用,求解车桥系统动力方程,得到桥梁节点的振动响应。在此基础上,计算桥梁构件单元的动应力响应时程。以CRH2型动车组通过某跨度为80m的下承式钢桁梁桥为例,计算分析各局部杆件的动应力时程及不同杆件的应力动力放大系数。结果表明:所给出的计算方法考虑了桥梁横向振动的影响以及轨道不平顺激励,能够真实反映列车荷载作用下桥梁局部构件的动应力响应;在列车荷载作用下下承式简支钢桁梁桥各类杆件中的危险杆件并不一定出现在桥梁跨中,动应力响应沿桥跨方向呈现出与位移响应幅值不同的空间分布趋势;不同类型杆件的应力动力系数不相同;现行规范中关于运营动力系数的计算不能真实反映不同车速下桥梁杆件应力的动力放大效应。     

基于虚拟激励法的车桥系统随机振动分析

基于虚拟激励法进行列车~桥梁耦合系统的非平稳随机振动分析,研究了车速以及轨道不平顺等级对系统随机振动的影响。车辆模型采用10个自由度的两系悬挂垂向车辆模型,考虑轮轨接触点处随机激励的时滞性,将轨道高低不平顺激励假设为均匀调制多点完全相干随机激励;然后根据时变系统的虚拟激励法,将其转化为一系列确定的虚拟激励,采用Newmark逐步积分法分离迭代求解系统的虚拟响应,进而求得系统随机响应的时变功率谱和标准差,据此分析系统的随机振动特性;最后通过数值算例分析了列车速度、轨道不平顺等级对系统随机响应的影响。     

基于虚拟激励法的车桥系统车速影响分析

本文基于虚拟激励法提出列车-桥梁耦合系统的非平稳随机振动分析的新方法,并借此重点分析车速对系统随机振动的影响。列车每节车辆考虑27个自由度,桥梁模型采用空间Euler梁单元,轨道不平顺假设为多点异相位平稳随机激励。根据时变系统的虚拟激励法,推导得到方向、高低和水平三类轨道不平顺作用下车桥系统响应的时变功率谱及标准差,并采用精细积分法进行迭代计算,最后以高斯型随机变量的三倍标准差为误差范围给出系统响应最大值估计。在数值算例中,用时间历程法验证本文方法的正确性和有效性,并重点讨论列车速度的影响。     

车辆参数随机的车桥竖向随机振动分析

车辆参数的随机性对车桥耦合随机振动的影响不可忽略。基于车-桥竖向耦合模型,考虑车辆荷载及一系、二系竖向弹簧刚度与弹簧阻尼的随机性,采用数论选点法对多维随机变量选取离散代表点,并基于正态分布利用Voronoi区域对代表点集进行剖分赋得初始概率;建立概率密度演化随机动力方程,基于MATLAB编制车桥耦合随机振动分析程序;采用newmark-β积分法及带TVD格式的双边差分法计算车桥振动响应均值、标准差及时变概率密度演化分布。结果表明:与随机模拟法相比,概率密度演化法分析车桥随机振动精度更高,计算效率提高1~2个数量级;车辆载重随机荷载是车桥竖向耦合随机响应的主因之一;不可忽略二系竖向弹簧随机刚度及随机阻尼对列车竖向振动的影响;桥梁挠度均值整体随车速先增大后减小,其变异系数受车速的影响。     

车轮踏面磨耗及轨道不平顺联合作用下的车辆-轨道系统随机分析模型

车轮磨耗和轨道不平顺具有随机特征。基于车轮圆周磨耗的概率特征及高斯分布假设,将车轮型面离散化,形成车轮型面磨耗量的概率反演方法;同时,基于轨道不平顺概率模型,实现轨道不平顺在不同幅-频状态下的遍历随机模拟。结合车辆-轨道耦合动力学理论和概率方法,建立考虑车轮踏面磨耗-轨道随机不平顺耦合作用的车辆-轨道随机分析模型,并用一类概率密度演化方程解决模型的概率密度传递问题。此模型能较好分析车辆-轨道系统在不同车轮型面磨损及线路随机不平顺联合作用下的动力响应分析及可靠度计算问题。     

考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。     

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。     

桥上无砟轨道结构形式对无缝道岔的影响分析

介绍桥上无缝道岔轨下基础“门”形筋混凝土道床、带限凸台道床板、底座纵连式道岔板5种无砟轨道结构。建立桥上3种无砟轨道结构的无缝道岔模型,提出计算参数,分析3种无砟轨道结构对桥上无缝道岔受力和变形影响,并进行计算。计算结果表明,桥上底座纵连式无砟轨道结构无缝道岔与桥梁的纵向相互作用力较小,是一种受力较为合理的结构形式。     

列车曲线上制动时的安全性分析

为分析列车在曲线轨道上制动时车钩偏角对车辆运行安全性的影响,建立了前后两节车辆之间的连挂关系,导出车钩偏角随轨道曲线半径、车辆长度和车钩长度的关系,通过求解3节车辆的中间车辆车体的通用载荷方程,导出车辆前后心盘所受的横向载荷.运用多体动力学方法,建立3节车辆的动力学模型,分析前中后不同车辆长度下中间车辆的运行安全性.分析结果显示:列车在曲线轨道上制动时,轨道曲线半径与不同长度的车辆连挂方式对心盘处的横向力影响较大;重车条件下,车辆的连挂方式主要影响车辆对轨道的作用力;空车条件下,车辆的连挂方式会影响车辆的运行安全性.     

基于Petri网技术的动车组检修作业工作流系统研究

针对目前动车组检修业务,抽象出作业过程规则,并建立动车组检修作业工作流程.通过工作流和Petri网的相关理论对该工作流进行建模,并利用Petri网技术分析方法,从模型的正确性分析和性能评价两个方面对所建立的Petri网模型进行分析.     

温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位的影响分析

我国在设计桥上无缝线路时,桥梁温度荷载按照相关规范规定采用均匀温度荷载,这与桥梁在自然环境中所受到的温度梯度荷载存在一定的差异。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道有限元模型,分别计算分析在均匀温度和竖向温度梯度作用下桥梁变形对无砟轨道结构几何形位的影响,有益于进一步深入研究桥梁温度荷载的合理取值。结果表明:与均匀温度荷载相比,竖向温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位影响很大,且主要影响桥上无砟轨道的高低几何形位,对无砟轨道的水平几何形位也有一定影响,因此建议在设计桥上无缝线路时,考虑桥梁温度梯度荷载,并对桥上无砟轨道结构的几何形位进行限制。     

高速铁路发展对物流影响的探讨

阐述高速铁路对推动低碳物流发展的积极影响,分析了高速铁路发展给铁、公、海多式联运带来的发展新机遇、对进一步推动铁路服务模式转型与服务能力提升的作用、对铁路专业企业发展的挑战等,以及高速铁路对推动产业合作与融合,提升现代物流产业市场竞争力的意义。     

基于AFSA的动车组制动计算研究

根据动车组制动系统中减速度特性以及相关牵引制动计算和运动学理论,文中提出了一种平直道环境下基于不等距点分割与人工鱼群算法结合的制动计算方法,同时对动车组的制动近似算法产生的计算误差进行分析。首先,根据列车制动原理中相关计算参数来构建动车组制动距离和制动时间的数学模型。然后,利用人工鱼群算法的优化原理并结合不等距分割思想对所建立的动车组制动距离和时间模型进行有效制动计算。最后,通过文中方法所得计算结果与CRH6A型动车组制动系统的性能型式试验实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于剪切强度折减法的斜坡软弱地基路堤稳定性分析

斜坡软弱地基路堤的稳定性受到了工程界的重视。基于FLAC3D软件平台,运用剪切强度折减法,就斜坡软弱层性状对路堤稳定性的影响进行了较为全面的分析,重点讨论斜坡软弱层厚度、在地基中的相对位置、尖灭度、地面横坡及斜坡软土抗剪强度指标等因素,获得了安全系数值及潜在滑动面的演变规律,并提出实际工程可选用的工程对策。     

交流电气化铁道通信电磁防护的研究

研究目的:交流电气化铁路不仅对通信系统引起干扰,还会使电气化铁路附近的金属与导体间或金属导体与大地间产生感应电压而危及设备和人员安全,干扰通信设备正常工作。为保证通信安全,需要对电气化铁路对铁道通信的电磁影响和电磁防护进行研究,从而给铁路现场实际工作提供一定的理论依据。研究方法:本文利用电磁场对地下传输系统激励耦合的传输线方程及其一般解,建立了交流电气化铁路对地下传输系统干扰影响的分析方法。研究结果:研究得出了电气化铁路对铁道通信的影响机理,电气化铁路对铁道通信危险影响的限值,以及磁耦合影响、地电流影响和干扰影响计算公式,计算出了引起超限隔距数据。研究结论:电气化铁路的铁道通信电缆和铁道通信光缆电磁防护措施,可以有效地控制交流电气化铁路对铁道通信光、电缆的影响,达到电磁防护的目的。     

宁西铁路南阳至合肥段建设方案研究

宁西铁路线是一条在陇海线和长江之间横跨我国东中西部的东西大干线,其中既有宁西铁路南阳至合肥段为单线、内燃牵引,线路通过能力小,客货运输质量不高,难以满足客货运量快速增长竞争需要,必须对该段线路进行扩能改造。根据宁西线扩能改造项目运量预测及功能定位的分析,通过研究宏观建设方案、增建第二线建设方案及其主要技术标准、引入地区建设方案、牵引供电方案等,提出扩能改造方案推荐增建第二线、速度目标值宜采用160 km/h,引入各地区或枢纽、站后配套等尽量与既有设备相衔接方案,避免既有线大的改动,是适宜的。     

地铁盾构机掘进对周围环境影响的现场测试研究

研究目的:盾构机在城市地铁建设中得到了广泛的应用,但在盾构掘进过程中会引起地层损失,过大的地层损失,可导致较大的地面沉降,对地面建筑物、地下管线等设施产生不利影响甚至会导致破坏,引起较大的经济损失。为此,本文以南京地铁一号线为依托,对盾构掘进过程中引起的建筑物、地下管线位移以及引起的地下水位进行了现场测试,经过分析、总结,得到了盾构掘进对周围环境影响的规律性结论。在此基础上,从地层沉降与土仓压力、同步注浆量和出喳量的关系,探讨了地层沉降的控制措施。研究方法:对盾构掘进过程中所影响得到地下管线位移、建筑沉降、地下水位变化等进行现场实测,获取了有关现场测试数据,并对这些数据进行分析,得到可以供施工参考的有价值的结论。研究结论:调整、修正、合理匹配盾构掘进参数,建立有效土压平衡,确保同步注浆效果,是控制地层损失,减小地层变位的有效手段,是减少盾构掘进对周围环境影响的重要措施。