重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用,将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型,面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型,基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型,并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解,同时验证模型的可靠性.研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著,五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大,随着后轴轴重的增加,轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加,轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加,但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时,轮胎接地力放大倍数增大了1倍多,且路面动位移峰值增幅达72％;路基刚度对轮胎接地力影响较小,但路面位移的影响则较为显著.     

高速铁路路桥过渡段动力响应分析

综合考虑不同结构层之间的相互作用,结合无砟板式轨道动力学模型,利用有限元软件建立车辆-轨道-路基耦合系统的动力学空间数值模型,分析了时速350 km/h高速列车在运营时正梯形和倒梯形形式路桥过渡段的动力响应。结果表明:列车荷载作用下,两种路桥过渡段的动力响应基本上一致;倒梯形过渡段的沉降量稍大于正梯形过渡段,而正梯形过渡段比倒梯形过渡段更有利于保持轨道的平顺性;路桥连接处（桥台后5 m范围内）是整个路桥过渡段的薄弱环节,应该单独考虑其设计、施工过程。综合考虑机车的各项动力学指标,建议将路桥过渡段轨面弯折角     

春融期重载车辆-路面-路基垂向动力分析模型

针对季节冻土区春融期重载车辆作用下道路病害突出的问题,以三轴重载汽车为例,建立季节冻土区春融期重载车辆-路面-路基体系垂向动力学物理模型;基于D' Alembert原理推导了重载车辆、路面和路基冻结层的振动微分方程,并采用Wilson-θ法对动力方程求解。数值仿真结果表明:建立的路面-路基体系模型能够反映季节冻土区春融期路基呈层状分布且刚度软化的特性;随着车体质量增加和路基融化层刚度的降低,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值基本呈线性增加;车辆行驶速度增大,路面振动加速度平均峰值增大,优势频段数目增多、优势频率增大;路面振动位移平均峰值呈锯齿型;路基冻结层厚度增加,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值降低,当其厚度大于0.3 m后趋于稳定。     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

低路堤路基动力特性及长期性能技术措施研究

为探索高速公路交通荷载与降雨环境耦合作用下低路堤复杂的动力特性及长期性能保障技术措施,依托浙江省某低路堤高速公路为工程背景,结合现场埋深元件测试获取动应力、加速度、动位移等数据,分析了不同轴重和车速等条件下路基的动力特性差异,具体包括动力指标量值和竖向影响深度;考虑降雨环境对高速公路服役期路基动力特性影响,借助ABAQUS有限元分析软件建立"降雨环境-交通荷载-路基"三维数值模型,分析了降雨强度对路基服役期动力特性影响,具体包括中雨(1.25 mm/h)、大雨(2.5 mm/h)和大暴雨(10 mm/h)3类工况;考虑平原水网区低路堤高速公路受交通荷载和降雨环境长期耦合作用,结合路基填料设计、排水系统优化等角度,探讨了保障低路堤路基长期动力稳定性能的技术措施。结果表明:不同荷载条件下路基动应力、加速度和动位移存在差异,但沿路基深度均呈衰减趋势;动应力幅值与轴重成正相关,轴重20 t车辆的动应力幅值约为50 k Pa,约为轴重5 t车辆的动应力幅值的7~10倍;相对轴重10 t车辆荷载条件下,速度对动位移影响更大,轴重20 t车辆荷载条件对应动位移约0.60~1.02 mm;相比干燥路基状态,中雨、大雨和大暴雨降雨强度下路基动应力值提高约为3%~15%;合理路基填料设计可以提高低路堤刚度和强度,而完善的排水系统可降低交通荷载与降雨叠加引起的动力响应程度,均可在一定程度达到保障低路堤长期动力稳定的目的。     

高速铁路不同形式的路基过渡段动力特性分析

高速铁路路基过渡段包括正梯形和倒梯形两种过渡形式。为评价不同过渡段形式对车辆-轨道-路基过渡耦合系统动力特性的影响，基于车辆-轨道-路基耦合力学原理，运用MATLAB计算程序建立了列车-轨道-路基过渡段垂向耦合动力模型。计算结果表明:正梯形路基过渡段形式的刚度变化在纵向和深度方向比倒梯形过渡段形式更平缓，更有利于高速列车行驶的安全和平顺；过渡段3 m范围内系统动力响应变化较为剧烈，在过渡段尺寸及形状均匀段两种过渡段形式下系统动力响应无差异，在过渡段尺寸及形状变化范围内，系统动力响应表现出一定差异，且正梯形过渡段形式下动力响应波动较小。     

大轴重条件下重载铁路路基变形特性研究

随着重载铁路列车轴重的不断增加,作用于路基上动应力也随之增大,进而引起路基塑性变形和弹性变形的增大,严重影响了列车的安全运行。通过对路基现场动态测试和室内分级加载动三轴试验,分析了不同压实度的重载铁路路基土体的塑性变形和弹性变形随动应力增大的变化规律,为预测轴重增加条件下的路基稳定性及变形的发展规律提供依据。     

高速铁路路基基床结构可靠性研究

铁路路基基床是承受轨道结构和列车荷载的基础，当列车运行速度提高至400+km/h时，增大了基床动应力、动变形、动应变的不确定性。基于《铁路路基设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9127—2018），分别建立了基床动应力、动变形、动应变的功能函数；其次基于可靠度的方法，研究400+km/h高速铁路路基的基床参数的合理性。结果表明：基床K 30及动轴重指标对控制基床动变形更为敏感。     

朔黄重载铁路路桥过渡段路基试验研究

通过对朔黄铁路第170号桥(K361 904)处路桥过渡段路基的检测,分析了过渡段一定范围内路基土物理、力学指标的变化特征,得出路桥过渡段路基加强的重点,并对压实控制指标在工程中的应用提出一些看法.     

高墩连续刚构桥车桥耦合振动分析

为研究移动车辆荷载作用下车辆-桥梁系统的动力响应特性,以某三跨高墩连续刚构桥为对象,采用2轴7自由度车辆模型加载,探究车辆速度、行车数量及车辆载重因素对车桥系统动力响应的影响。结果表明：车辆的行驶速度基本不会影响桥梁的位移响应峰值,车辆以相同速度通过桥梁时,桥梁各跨的位移响应峰值存在差异,车桥发生共振时的车速为40 km/h;随着行车数量的增加,桥梁各跨跨中处于较大位移响应的持续时间明显加长,桥梁中跨跨中的位移响应峰值在2辆车行驶时取得极大值,而车辆的加速度峰值与加权加速度均方根值在6辆车通过桥梁时取得极大值;随着车辆载重的增加,桥梁的位移及加速度响应总体呈增长趋势,而桥梁的冲击系数与车辆各项动力指标的响应则呈下降趋势。     

常泰长江大桥主桥风-车-线-桥耦合分析

常泰长江大桥为主跨1 176 m的双塔双索面公铁两用双层斜拉桥。为研究侧风作用下该桥的动力响应以及桥上高速列车的行车安全性,采用WTTBDAS V2.0软件建立风-车-线-桥耦合分析模型,分析不同风速及车速下单、双线CRH2列车通过桥梁时车辆和桥梁的动力响应。结果表明:桥梁主跨跨中横向位移和横、竖向加速度随风速增大而增大,竖向位移受风速影响较小,车辆响应随风速增大而增大;桥梁主跨跨中横向位移和加速度响应在风速小于20 m/s时受车速影响不大,竖向位移和加速度随车速增大而增大;车辆的响应随车速的增大而增大,当风速达20 m/s后,车辆的动力性能主要由风速控制;单、双线行车时,桥梁的竖向动力响应差异较大,车辆的动力响应差异较小。根据风-车-线-桥耦合分析结果,结合现有的安全性和舒适性评价指标,提出大风天气下桥上行车的风速-车速阈值,当横向平均风速30 m/s时,应封闭线路。     

基于整车模型的桥头路面动力荷载分析

由路桥不均匀沉降产生的桥头跳车将导致桥头路面受力显著增大和路面提前破坏。通过建立7自由度整车运动动力模型和路桥过渡段路面-桥面形状几何模型,采用Wilson-θ方法求得了车辆经过不平顺的路桥过渡段所产生振动的时程。计算结果表明,桥头跳车中汽车后轮的最大动荷载明显大于其静荷载,且其最大动荷载并不一定仅发生在桥头搭板范围内,而在下桥方向一定长度范围内。对于长度小于100 m的桥梁,桥梁长度对路面所受最大动力荷载的大小和位置均有较大影响。因此常规仅对桥头搭板进行加强的设计方案是不够的,还应根据桥梁的长度不同,对桥头一定长度范围内路面就跳车所产生的动力荷载进行深入分析。     

三自由度车辆模型在差异沉降指标确定中的应用

在对不设桥头搭板的路桥过渡段路面进行简化后,建立了三自由度车辆垂向振动系统分析模型,通过模态分析方法求解并计算了车辆上桥和下桥时的人车系统的位移响应和加速度响应;利用所建的车辆模型对经过路桥过渡段时的振动特性进行了评价;并详细分析了行进方向、车速、桥面沉降坡差、车辆载重等参数对差异沉降控制指标的影响.     

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明：竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s²。     

无砟轨道路桥过渡段动力分析

以某高速铁路路桥过渡段为背景,基于ABAQUS和动力学理论建立列车-轨道-路桥过渡段模型,计算不同过渡段长度、不同过渡段填料弹性模量下轨道和列车的动力响应.计算结果表明,过渡段长度及填料弹性模量对轨道和列车动力响应有较大影响;过渡段长度为0～20 m时,轨道和列车的动力响应随着路桥过渡段长度的增加逐渐降低;过渡段长度大...     

路桥过渡段动力测试及病害劣化机理研究

为了研究路桥过渡段不同区域的环境振动规律,针对109国道桑干河大桥过渡段,现场测试了不同车组匀速通过过渡段时路面结构的振动水平,分别从振动加速度时程、振动加速度频谱及振动加速度振级分析路面结构动力响应特性。由研究结果可知:振动加速度随距桥台距离的减小而增大,桥台附近桥面结构的振动加速度最大;在大型车辆附加荷载作用下,桥面结构主要为低频振动,小型车辆主要引起桥面结构的高频振动;加速度振级随车辆载荷的增大而增大,由于"跳车"现象,桥台附近桥面加速度振级最大;结合过渡段动力响应规律,控制过渡段沉降差是公路过渡段研究的重点。     

CFG桩加固高铁软土路基的动力数值分析

为研究CFG桩对高速铁路软土路基的加固效果,以福州至平潭高铁松下车站为依托,采用弹塑性有限元法,在模拟列车移动荷载的基础上,对软土路基在采用CFG桩加固前后的动力响应进行分析,研究了竖向速度、加速度及压应力的一般规律。结果表明:在CFG桩加固后,路基面竖向速度和加速度在路基面下0.3m以内减幅相对较小;0.3～3m范围内衰减速度较快;3m以上时,减幅基本接近0;CFG桩在减少列车动荷载对路基影响方面加固效果明显。     

填石路基地震的动力响应分析

针对处于地震带上的填石路基,对10 m、20 m和30 m三种高度的填石路基,在模拟地震波的作用下,分析了填石路基的动力响应特性,得出了填石路基的加速度峰值和位移峰值,供设计、施工及管养参考。     

水泥混凝土路面板底脱空区动水压力特性研究

为研究车辆荷载作用下水泥混凝土路面板底脱空区内动水压力、水流速度的分布规律及其影响因素,推导了三维状态下脱空区中截面动水压力、水流速度解析式。应用有限元软件ANSYS和CFX建立了双向流固耦合模型,分析了车辆轴重、车速与脱空尺寸等对动水压力及水流速度的影响。结果表明:固定点的水压力及水流速度随时间成正弦函数变化,且水压力随时间的变化趋势与最大水流速度随时间变化趋势有一定的相位差。沿着脱空区出口的方向,动水压力呈减小趋势,其最大值发生在脱空区尖端;水流速度沿着脱空区出口的方向呈增大趋势,其最大值发生在板边缘;动水压力与水流速度峰值随轴重增大而增大,与轴重近似呈二次方关系;动水压力峰值随车速增大而增大,水压力随车速变化的增幅大约为每10 km/h增加1 kPa,与车速成线性关系,而水流速度峰值受车速影响较小;动水压力与水流速度峰值随脱空区开口量增大而减小,与脱空区开口量成反比关系;当脱空区开口高度扩展到一定程度时(论文模型中为4 mm),动水压力变化幅值较小,此时脱空区继续发展可能归因于水流的冲刷作用。数值模拟结果与理论推导结果基本一致。     

冲击荷载作用下不设搭板路桥过渡段的动力响应分析

针对桥头跳车引起的冲击荷载问题,运用有限元软件,对不设搭板的路桥过渡段在冲击荷载作用下动力响应进行分析,得到不同台阶高度、车速及轴重作用下不设搭板路桥过渡段的路表弯沉、基层底拉应力以及路基顶面压应变等力学响应值。结果表明:冲击荷载作用下路表弯沉、基层底拉应力及路基顶面压应变等指标均大于静载作用下的力学响应值,路面结构设计时,应在静载作用下路面力学响应值的基础上乘以相应的动载系数。