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。     

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。     

城市轨道交通连续刚构桥车桥耦合动力分析

采用23个自由度的多刚体车辆动力分析模型、空间梁单元模拟桥梁结构,据位移协调原理,建立了广州市轨道交通四号线四跨变截面连续刚构特大桥沙湾大桥车桥耦合时变动力分析模型,并将轨道的竖向不平顺和方向不平顺作为系统的激振源,编制程序计算地铁列车通过时的车桥耦合振动响应。计算结果表明:在地铁列车常用编组和运营条件下,车辆与桥梁的振动响应随着列车速度的提高而缓慢增大;列车舒适性与安全性各项指标均能满足要求;桥梁具有足够的竖向刚度与横向刚度,所得结果可供设计参考。     

列车提速下32 m PC简支T梁的横向刚度加固方案研究

对既有单线铁路32m标准预应力混凝土简支T梁在列车提速条件下的几种横向刚度加固方案进行研究。采用车桥系统动力相互作用分析的方法，考虑轨道不平顺和车辆蛇行运动影响，针对铁道专业设计院提出的几种加固方案，计算了不同列车速度下桥梁与车辆的动力响应。分析影响桥梁横向振动的主要因素，指出进行桥梁加固时应注意采取的措施，并对各加固方案进行了分析比较。     

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。     

不同车轮踏面在车桥耦合振动中的比较

结合工程实例建立了64 m钢桁梁铁路桥模型。利用多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真,并考虑LM型和LMA型两种不同的踏面对车桥耦合系统的动力响应的影响。基于车辆走行性评价指标评价车辆运行性能,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等。研究结果表明,在相同的速度下,使用LM型踏面比LMA型踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在横向方面,如桥梁横向位移、横向轮轨力、车体横向加速度等;随着速度的增大,使用LMA型踏面比使用LM型踏面在减小车桥耦合动力响应方面效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

不同轮轨型面匹配对车桥耦合系统振动的影响

为研究不同轮轨型面匹配在车桥耦合系统的动力响应,结合32 m铁路简支箱梁,在Ansys中建立桥梁模型,在Simpack中建立车辆模型,考虑LM和LMA两种车轮踏面计算车桥耦合系统的动力响应,并用桥梁的位移、加速度和车辆的平稳性等指标进行评价。研究结果表明:在相同的速度下使用LM踏面比使用LMA踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在车辆横向动力方面,如车辆横向加速度、轮轴横向力、车体横向平稳性等;随着速度的增大使用LMA踏面比使用LM踏面减小车桥耦合动力响应的效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

简支铁路桥梁加固前后共振响应分析

研究目的:由于加固前后铁路简支桥梁自振频率发生变化,车桥系统发生共振时对应的列车速度发生改变,因此需要分析加固前后桥梁的共振响应是否满足要求。本文介绍车桥系统发生共振的原理,研究影响车桥系统共振响应的因素,采用ANSYS软件和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)分析加固前后桥梁仿真模型的车桥耦合动力性能。研究结论:(1)对于小跨径直线桥梁,加固前后桥梁发生共振时对应的列车速度发生明显改变;(2)通过桥梁加固,其发生竖向共振时列车速度已经超出高速列车的速度范围;(3)列车第二共振速度时桥梁的竖向振幅和加速度远小于列车处于第一共振速度时,故可以不考虑;(4)对桥梁进行加固,能够明显减小共振时桥梁竖向及横向的跨中振幅和跨中加速度;(5)本研究成果可为简支铁路桥梁的共振控制提供借鉴。     

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。     

斜拉-连续刚构组合梁桥车-桥耦合动力响应分析

以某斜拉-连续刚构组合梁桥为例,通过建立列车与桥梁的车-桥耦合动力分析模型,并根据势能不变值原理及形成结构矩阵的"对号入座"法则,导出了车桥系统的空间振动矩阵方程。计算了国产CRH2型列车以不同速度通过该组合体系桥梁时的空间振动响应,基于列车走行性评价指标,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等动力特性,并对不同车速下桥梁响应的变化规律进行了研究,所得结果可为同类桥梁的相关评价分析提供参考。     

沪通长江大桥主桥风—车—桥动力响应研究

将轨道不平顺作为系统的内部激励,风载荷作为外部激励,考虑静风力和脉动风力,采用自编程序TYWTB建立车桥耦合系统动力学模型,进行不同风速激励下不同速度列车通过桥梁时的系统动力响应分析,并对车辆的安全性和舒适性进行评价。结果表明:随着风速的增加,车桥系统的动力响应增大,中跨最大垂向动挠度和横向动位移均出现在行车侧上弦;随着车速的增加,车桥系统的动力响应增大,桥上车辆的安全性和舒适性随车速的增加而降低;桥面风速等于或小于25m·s^-1时,160~250km·h^-1车速范围内车辆响应未超限值;当桥面风速达到30m·s^-1时,160~250km·h^-1范围内动车横向加速度均超限,拖车在车速250km·h^-1时轮重减载率超限,行车安全无法保证;由于沪通长江大桥桥梁对车辆受风面的遮挡,平均风速达到25m·s^-1时仍能保证车辆的运行安全和乘坐舒适,满足《铁路技术管理规程》的相关要求;沪通长江大桥铁路桥面采用了钢箱结构,增强了竖向、横向刚度和抗扭刚度,使得桥梁在风场和列车的共同作用下整体性能良好。     

悬挂式单轨列车通过曲线段的动力性能

基于多体动力学理论和模态叠加法建立了悬挂式单轨交通系统车桥耦合动力学模型,分析了轨道梁布置方式、曲线半径和跨度对车桥动力响应的影响。分析结果表明:列车通过单线桥曲线段时,不同轨道梁布置方式对车桥动力响应影响显著,单线桥曲线段轨道梁布置在曲线内侧可同时降低车辆和桥梁结构的横向位移;轨道梁跨中横向位移随跨度和曲线半径增大而增大,导向轮径向力可抑制轨道梁因受车辆重力作用产生的横向变形;为减小车辆与桥梁结构的横向位移,悬挂式单轨交通系统小半径曲线段桥梁跨度宜为15 m。     

悬挂胶轮列车与钢桥的振动试验及仿真研究

为评价悬挂胶轮列车及钢轨道梁桥的结构性能,以开封悬挂式单轨示范线为背景开展现场试验与仿真研究。开发了胶轮列车-钢轨道梁桥耦合振动分析程序,根据现场实测的胶轮车辆的空气弹簧、走行轮刚度和阻尼等力学参数,建立胶轮列车模型。对车桥动力响应的现场试验与动力仿真分析结果进行综合比较,采用相关规范对列车走行性以及轨道梁桥的动力性能进行综合评估。结果表明：车桥动力特性及其振动响应的理论与实测结果基本吻合,车桥耦合分析方法可应用于悬挂式胶轮单轨交通系统振动性能研究;轨道梁竖向挠跨比小于相关规范的限值,竖向刚度设计合理;在列车竖向静活载作用下,相邻两跨轨道梁梁端竖、横向转角之和最大值分别为 4.5‰和 1.5‰;车速 80 km/h 下轨道梁纵、横向应力动力系数最大值分别为 1.17 和 1.14;考虑到悬挂式胶轮列车没有脱轨风险,列车轮重减载率及钢轨道梁桥横向加速度较传统铁路偏大,其相应限值可较现行铁路规范适当放松。     

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。     

车桥系统共振机理和共振条件分析

通过理论推导和分析实例研究列车以一定速度通过桥梁时，车桥系统的共振机理和发生共振的条件。根据发生机理的不同，车桥系统可能发生几种不同形式的共振，包括由车辆重量、离心力、横向平均风荷载等形成移动荷载列的周期性动力作用引起的桥梁共振，由移动荷载列加载速率引起的桥梁共振，由轨道不平顺、车轮扁疤、轮对蛇行等周期性加载引起的桥梁共振；由桥跨的规则性排列及其挠度的影响，对移动车辆形成周期性动力作用使车辆出现的共振。车桥系统的共振条件与桥梁跨度、长度及竖向和横向刚度，列车编组、车辆轴距参数及车辆的自振频率等因素有关。     

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。     

温度变形对大跨度钢箱系杆拱桥车桥动力响应的影响

为分析温度变形对大跨度钢箱系杆拱桥列车走形性的影响,以某跨度为96m的四线下承式钢箱系杆拱桥为例,首先建立该桥的动力分析模型并对其进行自振特性分析,然后,根据弹性系统动力学势能不变值原理与形成矩阵的“对号入座”法则,分别考虑桥梁在3种温度体系（未考虑温度、升温、降温）下产生的变形影响,将其以组合曲线的形式叠加到轨道不平顺中进行列车走行性分析,建立车桥系统的空间振动方程,并对3种工况下的车桥耦合动力响应进行计算分析。研究结果表明：温度变形对桥梁动力响应的影响不大,对列车响应中脱轨系数、横向力、车体横向加速度及横向sperling指标有显著的影响,但在各温度变形工况下列车走行性仍满足限值要求。     

双机重载牵引下既有铁路桥梁竖向动力响应研究

为分析桥上有砟轨道结构在重载列车作用下的竖向动力响应,基于ANSYS建立有砟轨道—桥梁系统动力分析有限元模型,将列车荷载简化为集中力,分析研究中—活载及和谐号双机重载列车移动活载作用下桥梁和轨道结构的竖向位移和加速度动力响应。研究结果表明:轨道和桥梁结构跨中竖向位移和加速度响应在HXD1+HXD3+C80作用下最大,最大值为12.60 mm和3.27 mm/s~2,挠跨比为3.94×10~(-4),均小于规范中40 mm,350 mm/s~2和2.5×10~(-3)的要求;行车速度对轨道桥梁结构竖向位移响应影响很小,竖向加速度随着行车速度的增大而增大;增大桥梁刚度可以降低轨道桥梁结构系统的竖向位移和加速度响应,提高行车稳定性和乘客的舒适度;对既有铁路有砟轨道桥梁,应限定行车速度,采取相应的加固措施提高刚度以保证车—轨—桥系统的安全。     

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。