大跨度公轨合用斜拉桥的车桥风耦合振动研究

大跨度公轨合用斜拉桥在横向风荷载的作用下会加大车辆冲击荷载等动荷载的动力响应,产生较为明显的变形和振动,从而影响到桥梁结构安全、桥上行车安全和旅客乘坐舒适度。主要针对列车-汽车-桥梁-风进行耦合动力学分析,研究耦合体系中桥梁、公路汽车和轨道列车振动响应并开展评价。     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

大跨度斜拉桥的公路车桥风耦合振动研究

在横向风荷载的作用下,桥梁会产生风荷载本身引起的动力响应,且风荷载会对车桥系统耦合振动起到激励作用,使车桥系统的动力响应明显增大。结合工程实例,把车、桥、风作为一个整体耦合振动系统,车辆荷载采用随机车流分布荷载,对车桥系统在风速不相等的风速场里的振动响应进行分析与评价,并对桥上汽车进行了动力响应分析和评价。     

基于AR模型的接触网脉动风场与风振响应

基于AR模型和接触网结构特性,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,由模拟的风速时程获得作用于接触网的风荷载;建立接触网三维有限元模型,研究了其模态、静态风偏和风振响应,并对位移响应进行了频谱分析.分析结果表明:垂向风速相对顺风向风速较小,采用Davenport风速谱可建立接触网脉动风场;接触网在30 m·S-1的横向平均风和自然风作用时,接触线跨中节点横向位移的最大值分别为109.11 mm和312.49 mm,平均风荷载下计算得到的接触线横向位移减小了186.40％;接触网在横向自然风作用时,接触线横向和垂向振动位移同时产生,接触网第1阶垂向和横向振动频率分别为0.973 Hz和1.384 Hz,在这2阶频率处产生了接触网结构与风荷载的峰值共振;接触网在30 m·S-1的自然风作用时,由风荷载引起的应力分别占接触线和承力索总应力的10.77％和27.40％,因此,需采用脉动风荷载进行接触网的风偏和强度设计.     

长大列车通过弹性曲线轨道仿真求解方法研究

为解决长大列车与连续长弹性轨道的同步仿真问题,以列车通过曲线轨道为例,采用重载列车-轨道耦合动力学模型,分析了压钩力作用下轨道结构与30 t轴重列车的动态特性,提出了长大重载列车与轨道动态相互作用仿真时模型的简化求解方法.该方法将庞大的列车/轨道耦合振动系统以有限数目的三维车辆模型代替,并考虑其轨下基础结构弹性,从而极大缩减系统运动自由度.研究结果表明:列车可简化为单质点车辆模型和三维车辆模型混合的短编组列车,当模型中只包含一个三维车辆模型,且其前、后车辆均以单质点模拟时,计算结果偏低;列车承受2 200 kN压钩力并通过400 m半径曲线线路时,货车最大轮轨横向力和垂向力较多节三维货车编组模型的计算结果分别低估了24%和4%,钢轨横向、垂向位移则被低估了20%和8%;端部车辆采用单质点模型、中部采用三维车辆模型的车辆数至少为3时,才能较为准确地反映中间目标车辆处轮轨作用力和其下部轨道结构的动态特性.      

斜拉在考虑风效应时的车—桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁是,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的的指标。风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用Monte Carlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载。根据结构动力学理论,建立了机车（车辆）的动力学方程,建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路（最好的线路）模拟。计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s。     

桥面不平度影响下大跨斜拉桥冲击系数研究

对客车在跨斜拉桥上行驶时的车-桥系统振动特性进行了分析,探讨了车辆对桥梁的冲击振动响应。在桥面不平度激励下建立车-桥耦合振动空间分析模型,对车辆行驶速度、横向车辆并行与交会、车辆纵向间距影响下的桥梁竖向振动及桥梁冲击系数的变化规律进行了研究。研究结果表明：桥面不平度会显著影响桥梁冲击系数,桥面不平度等级的提高使车辆对桥梁的竖向冲击作用更加明显,并且会加剧行车速度、横向行车状态及车辆纵向间距对桥梁冲击系数的影响。因此,大跨度桥梁运营过程需要保持桥面的平整度以减小车辆对桥梁的冲击作用。     

高速铁路双线简支梁桥空间振动响应分析

研究高速铁路双线简支梁桥的空间振动响应，建立了考虑双线简支梁在车辆蛇行和单线行车时的偏心荷载作用下车桥系统空间耦联作用的振动力学分析模型，以２０ｍ和４８ｍ简支梁桥为例，在计算机上模拟列车过桥的全过程，通过分析动力响应，得出了一些有工程意义的结论。     

列车编组对桥梁振动和乘坐舒适性的影响

利用三角级数法模拟了轨道的不平顺，采用列车编组和桥梁组合的模型，建立了车桥耦合振动方程。对不同列车编组作用下桥梁的竖向振动和车体加速度进行了研究，结果发现列车编组对桥梁的振动和乘坐舒适性影响很大。通过改善列车编组的方法可以提高车桥耦合振动中车辆的动态性能。     

列车振动对隧道衬砌影响的分析

根据一隧道的现场列车振动测试结果，模拟了列车竖向振动荷载，用有限元法分析了在列车振动荷载作用下隧道初砌的响应，并评价了隧道初砌在列车荷载作用下的安全与稳定性。     

白沙长江大桥抗震性能研究

以白沙长江六桥为工程背景,基于MIDAS软件建立的有限元模型,分别模拟工程场地重现期较长和较短的两种地震作用,对得到的斜拉桥墩底、主塔控制截面的内力值、斜拉桥关键点位移以及支座地震响应的数据进行分析。结果表明:桥梁在纵向和竖向地震波的作用下,整体主要表现为纵向和竖向的振动,竖向振动较纵向振动更加明显;桥梁在横向和竖向地震波的作用下,整体表现为横向和竖向的振动;主梁、主塔和辅助墩等局部构件主要表现为横向和竖向振动。     

风场中大跨度双层钢桁梁悬索桥车桥耦合振动的研究

为了研究风场中大跨度双层钢桁梁悬索桥的车桥耦合振动性能,以泸州市长江二桥(桥东)为工程背景,基于风-车-桥空间耦合动力学分析理论,综合考虑风荷载的模拟、桥上车流的确定、车辆振动分析模型的建立等多个方面开展了较为系统的研究,以期望正确评价风-车-桥耦合体系中桥梁与车辆的振动性能。研究表明:风-车-桥体系中位于风场内的桥梁在其横向变位上主要受风荷载的影响;风场中桥梁在其竖向的响应反映了车辆和风荷载的耦合作用。     

多线铁路车桥耦合振动仿真研究

为了评估高速铁路上多线铁路桥梁列车运行安全性与舒适性,以渝黔铁路白沙沱大桥为例,采用多体系统动力学软件SIMPACK建立了CRH3动车和拖车三维空间动力学模型,并通过SIMPACK的子结构技术将动车和拖车组装成列车动力学模型;采用有限元软件ANSYS建立了桥梁的动力分析模型,计算其自振特性.根据列车和桥梁子系统之间的变形协调条件和力平衡条件,在轮轨接触面的节点上进行位移和力的数据传递,基于SIMPACK与ANSYS相结合的联合仿真方法首次进行多线车桥耦合振动仿真,分析了桥梁动力学指标及列车安全性指标和舒适性指标,探索了多线车桥耦合振动的一般规律和对列车安全性与舒适性的影响程度.研究结果表明:(1)三线列车共同作用下,与单线单独行车时对应动车和拖车的车辆安全性指标(脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力)几乎完全一致;车辆舒适性指标(车体竖向加速度、车体横向加速度、竖向舒适度指标及横向舒适度指标)中除个别竖向加速度约10%外,其余指标都在1%以内,表明由于桥梁刚度较大,桥梁振动对列车动力学指标的影响很小,单线和多线对应动力学指标非常接近,可近似采用单线单独行车时车辆动力学指标推测多线同时行车的对应指标.(2)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向位移比单线叠加位移略大,相差1%以内,竖向位移影响系数在1.001~1.006之间;三线列车共同作用下桥梁主跨跨中横向位移与单线代数叠加位移相近,相差±10%以内,主跨跨中横向位移影响系数在1.000左右,可以近似采用单线叠加的竖向位移和横向位移推测三线列车共同作用下的竖向位移和横向位移.(3)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向加速度绝对值比单线代数叠加后的绝对值小,影响系数在0.636~0.771之间,可参照单线代数叠加的桥梁竖向加速度保守评定桥梁的竖向加速度;三线列车共同作用下的主跨跨中横向加速度绝对值比单线行车横向加速度绝对值中的最大值小,可参照单线横向加速度绝对值的最大值保守评定桥梁横向加速度.     

斜拉桥在考虑风效应时的车-桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁时,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的指标.风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用MonteCarlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载.根据结构动力学理论,建立了机车(车辆)的动力学方程;建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路(最好的线路)模拟.计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s.     

高速铁路车桥系统横向振动研究

以车桥系统横向动力平衡方程为基础，分析了列车在地面线路上运行以及列车通过桥梁时列车横向动力响应的变化；并改变桥墩刚度，计算比较了桥墩刚度变化对车桥系统横向振动的影响。     

轮轨系统车轮的高频振动特性

建立了车辆-轨道-路基耦合系统振动分析模型,考虑轨道不平顺激励及轮轨接触区滤波,模拟了轮轨间随机振动垂向作用力。建立了车轮三维实体有限元模型,考虑了名义接触点、轮缘和车轮外侧3个轮轨接触位置,模拟了车轮系统在随机振动垂向荷栽作用下的高频振动特性。分析结果表明：当列车以200km·h^-1行驶在有砟轨道上时,轮缘的振动加...     

高速列车—连续刚架桥系统地震反应分析

将高速列车－连续刚架桥视为一整体振动系统。采用随机振动理论，计算机模拟了高速列车通过刚构式高架桥的全过程，与国外实测资料相比较，结果吻合较好；分析了高速列车与连续刚构桥系统横向地震反应，讨论发生地震时，高速列车在桥上运动安全性。研究结果表明，由于地震作用，车桥系统动力响应值显著增加，列车运行安全性亦大大下降。     

列车准高速通过半穿式钢桁梁桥横向振动分析

将列车－桥梁视为一整体振动系统，采用随机振动分析方法，计算了列车常速通过时半穿式钢桁梁桥的横向振动特性。计算结果与实测结果吻合较好，在此基础上，详细分析了列车准高速通过时对该桥横向振动性能的影响。结果表明，列车准高速通过时，该桥仍具有足够的横向刚度，且能保证列车运行安全并具有合格的运行平稳性。     

轮胎侧偏特性对过桥车辆行车舒适性评价的影响

侧风作用下桥上通行车辆因同时受到轮胎侧偏特性产生的侧偏力作用和桥梁振动响应的影响,驾驶员和乘客极易遭受行车舒适性问题,根据Dugoff非线性轮胎模型在车轮横向振动方程中引入轮胎侧偏力表达式,建立了考虑轮胎侧偏特性的车辆动力学分析模型.考虑自然风、车辆和桥梁三者之间的相互作用,构建了风-汽车-桥梁耦合振动分析框架,分析了不同影响因素下轮胎侧偏特性对车辆行驶舒适性评价的影响.结果表明:考虑轮胎侧偏特性后,车辆的横向振动状态得到了一定程度的改善,在风速25m/s及路面等级非常好的情况下,考虑轮胎侧偏特性时车辆行车舒适程度提高了20.6%.      

超限车横向振动最大偏移量计算的方法

根据随机振动和系统理论，以普通平车国例建立了计算车辆横向振动最大偏移量的数学模型；通过实例计算了超限车横振动最大偏移量，分析了其影响因素，并验证了模型的可靠性，对于列车提速后的超限货物运输组织工作具有重要的参考价值。