城市轨道交通高架桥箱梁结构振动特性分析

随着轨道交通快速发展,其引起的振动噪声问题日益突出。为了研究高架轨道箱梁结构振动特性,基于车桥耦合动力学分析模型,利用多体动力学与有限元法求解箱梁结构的振动响应,并从时域和频域两个角度对轨道箱梁结构的振动特性进行分析,研究发现:(1)列车以80 km/h的速度过桥,车致振动自上而下在轨道结构间传递时,扣件全频段减振效果明显,CA砂浆层的减振效果不佳。(2)箱梁桥的翼板竖向振动响应水平最大,腹板次之,顶板和底板较小,在进行箱梁振动控制研究时应重点关注翼板和腹板的振动。(3)箱梁桥不同截面位置振动的模态贡献存在差异,跨中截面以1阶竖弯振动为主,2阶竖弯振型对1/4截面振动贡献最大,3阶竖弯振型对梁端截面的振动响应贡献最大。     

城市轨道交通简支箱梁桥结构振动特性分析

研究目的:针对列车过桥时简支箱梁桥所发生的结构振动问题,本文总结分析以往利用SIMPACK软件建立的仿真模型,并基于多体动力学与有限元法,提出一种轮轨耦合仿真实现方法,据此建立城市轨道交通车桥耦合振动分析模型,进而从时域和频域两个方面对列车过桥时箱梁结构振动特性进行分析,以期为城轨高架箱梁桥的减振设计提供参考。研究结论:(1)列车以40 km/h的速度过桥时,箱梁翼板的竖向振动最强烈,其次为腹板,且箱梁的竖向振动较之横向振动更为剧烈;(2)列车速度增加不仅会增大箱梁的变形,也会使箱梁受到更大的冲击能量;(3)列车低速过桥时,40 Hz以下的低频模态对箱梁局部振动贡献较大;高速过桥时,基频模态对箱梁局部振动贡献最大,且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态,致使箱梁局部振动加强;(4)本文轮轨耦合方法不仅适用车桥间的耦合,也适用于车辆与大地或其他轨道结构间的耦合。     

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。     

宜万铁路狮子口大桥车桥耦合振动仿真分析

为探讨列车通过高墩连续梁桥时的车桥耦合振动效应,为其他同类桥梁的设计提供参考,以宜万铁路狮子口大桥(高墩双线连续梁桥)作为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立车桥耦合振动仿真模型,计算其自振特性以及不同行车速度匀速通过桥时车桥系统的空间耦合振动响应。     

城市轨道交通荷载作用下连续箱梁桥动力测试与仿真分析

混凝土连续箱梁桥在城市轨道交通中得到越来越多的应用,针对地铁列车-连续梁桥耦合系统动力性能的研究有助于保障城市轨道交通的运营安全。以一座跨市域轨道交通(50+82+50) m变截面混凝土连续箱梁桥为工程背景,开展桥梁动力试验获取结构自振特性和地铁列车作用下的振动响应。建立地铁列车-连续梁桥耦合系统的动力分析模型并编制计算程序,通过对比数值分析与现场测试的结果验证耦合系统模型的有效性。采用经验证的车桥模型进行动力仿真,计算分析了不同运营条件下车桥系统的动力响应及行车安全性与平稳性指标。动力测试与仿真分析结果表明,所建立的地铁列车-连续梁桥耦合振动模型能够真实反映车桥系统的动力性能,可用于城市轨道交通大跨连续梁桥的车桥耦合动力分析。三跨变截面混凝土连续箱梁桥具有较好的动力性能,结构横、竖向刚度较大,正常运营条件下的车桥响应及列车走行性指标均较小。车速可影响车辆、桥梁振动响应及列车走行性,但对桥梁跨中的动挠度影响较小。轨道状态对车桥系统的动力性能有显著的影响,且随着车速的提高影响加剧。当轨道平顺性大幅下降时,120 km/h车速下轮重减载率和竖向Sperling指标出现超限的情况。研究结果可...     

基于LS-DYNA的城际高速铁路高架线路等速双向会车动力响应分析

基于LS-DYNA大型有限元仿真平台,建立了城际高速铁路高架线路双向会车动力学模型,通过测试数据对模型进行初步验证,在此基础上开展了等速交汇下的高架线路动力响应特点及规律的分析计算。计算结果表明:单向行车和双向会车对由高架线路振动引起的列车运行舒适度影响不大;在速度为100～500 km/h范围等速双向会车时桥梁跨中垂向挠度大于单向行车时的1.6～2.3倍,且在150 km/h和300 km/h出现了峰值,跨中横向挠度只有单向行车时1/2～4/5,且在400 km/h出现了峰值;2列车交会时轮重减载率略大于单向行车时减载率,而脱轨系数在大部分速度区段明显小于单向行车时脱轨系数。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。     

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。     

高速列车作用下箱梁桥箱内振动噪声分布研究

为解决高速铁路线上箱梁桥日常检查与列车运营之间的冲突,探讨列车正常运行时箱梁内部噪声对日常检查工作造成的影响,桥梁结构振动辐射低频噪声会对检测人员造成极大危害,研究箱梁内部噪声分布有着重要的现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以78 m变截面混凝土箱梁桥作为实体模型,得出箱内瞬态噪声声场特性。分析结果表明,在车桥耦合振动所产生的箱内声辐射噪声分析中,变截面处声压值增大,且列车交汇产生的声压值大于单向行车产生的声压值。当箱内添加吸声材料后,可降低噪声水平,保障检测人员身体健康。     

悬挂式单轨简支梁风车桥耦合动力分析

研究目的:悬挂式单轨梁梁部活恒载荷比大、宽跨比小,具有结构刚度小、阻尼比小等特点,易发生风致振动,从而影响悬挂式单轨列车乘坐舒适性、结构耐久性及安全性。本文采用ANSYS软件建立桥梁模型,在SIMPACK软件中建立车辆模型,对车辆和桥梁子系统施加静风力和脉动风力,建立风车桥耦合动力系统。以某悬挂式单轨双线7跨30 m简支梁方案为例,进行不同风速激励下双线列车交会的系统动力响应分析。研究结论:(1)采用通用软件可以开展悬挂式空轨风车桥耦合动力分析;(2)气动三分力系数在不同车桥组合下变化明显,横风对双车交会过程中背风侧车辆的风载突变效应强于迎风侧车辆;(3)梁部跨中横向位移在风速15 m/s到25 m/s区间随着风速的增大而增大,平均风对迎风侧轨道梁横向位移的影响比背风侧大;(4)双车交会过程中,迎风侧车辆横向加速度变化不明显,由于背风侧车辆三分力系数的显著变化,横向加速度在交会开始和结束时变化明显,风载突变效应显著;(5)本研究成果可为悬挂式单轨交通系统的结构设计与运输管理提供参考。     

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.     

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。     

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。     

箱型桥梁结构的面板声学贡献分析

以高速铁路32 m混凝土简支箱型桥梁为研究对象,通过有限元软件建立了轨道-桥梁分析模型,采用车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,分析了桥梁结构的竖向振动,并将得到的竖向振动响应作为边界条件,导入到箱梁边界元模型中预测箱梁结构噪声。同时基于面板声学贡献分析理论,进行了箱梁梁体的面板声压贡献分析和声功率贡献分析,确定箱梁梁体辐射噪声的最大部位。研究结果表明:列车以200 km/h的速度运行在高架轨道上时,箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100 Hz范围内,其中在20 Hz和42 Hz左右有比较突出峰值。同时由面板声学贡献分析可知箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面板。     

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。     

列车提速情况下铁路双线简支钢桁动力响应分析

本文研究铁路双线简支钢桁梁在列车提速情况下的动力响应。首先建立了考虑双线桁梁在车车蛇行和单向行车时的偏心荷载作用下车桥系统空间耗联作用的振动力学分析模型，推导了系统动力平衡方程组，编制了相应的计算机软件。     

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。     

磁浮式轨道振动俘能机理与试验研究

轨道振动俘能技术是回收利用列车通过时轨道振动产生的能量,为铁路监测设备提供电力供给。现有轨道振动俘能方式对轨道振动参量的要求与轨道运行实际工作状态不符,是制约其进入实用化阶段的瓶颈。本文介绍磁浮式非线性轨道振动换能器的设计、建模和试验验证,提出轨道振动-电磁耦合动力学模型,分析磁浮式非线性轨道振动换能系统的响应特性。研究结果表明:利用磁悬浮的非线性刚度特性可以实现宽频带能量收集;可以通过调节器件参数(线圈匝数、线圈几何形状及表面磁通密度等)来适应轨道小位移的振幅要求;轨道振动-电磁耦合动力学模型可计算车辆行经时轨道结构的发电能力,为电磁式轨道振动俘能装置的设计提供理论依据。     

高架城市轨道交通车辆及桥梁振动的理论研究

为研究高架轨道交通运行时的车辆与桥梁振动,以南京地铁1号线南延线某区间列车运行出现竖向振动异常为工程背景,对列车过桥引起的车桥振动状态进行了相关的理论分析,给出了车桥共振的条件,对车桥耦合振动进行了仿真模拟计算,并结合计算结果分析了不同影响因素对车桥振动的影响。通过综合各种分析,对过桥时列车的安全性、舒适性及桥梁结构的动力特性有了全面了解,并提出了相应的振动控制措施。     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。