基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

轨道梁参数对磁浮车-高架桥垂向耦合动力响应的影响研究

建立磁浮车—高架桥垂向耦合模型,运用车—桥垂向耦合程序,分别探讨桥梁刚度和高架桥线路的不平顺对磁浮车—高架桥垂向动力响应的影响,分析结果表明:在相同的轨道梁抗弯刚度下,随着磁浮列车运行速度的增加,桥梁的振动响应增大,但轨道梁刚度大的桥梁振动响应比刚度小的桥梁振动响应增加幅度小一些;在相同车速下,随着轨道梁抗弯刚度的降低,桥梁振动响应增大;车辆重向振动响应在轨道抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之前,随轨道梁抗弯刚度的增大而减小,在轨道梁抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之后,无明显影响;线路状态对车辆的动力响应有明显影响,较差的线路状态将使高架桥挠度增大,使车体垂向振动加速度明显增大。     

中低速磁浮低置结构-地基系统动力响应分析

低置结构是中低速磁浮交通工程重要组成部分，但当前针对其动力特性的研究较少。为此，提出一种轨道梁浇筑于悬臂式挡墙底板上的新型低置结构，开展现场试验并依据现场工况建立低置结构-地基系统数值模型，分析低置结构自振特性及磁浮荷载下该系统垂向动力响应。结果表明：新型低置结构1阶自振频率为48.88 Hz；磁浮列车以100 km·h—1通过时，新型低置结构竖向加速度范围在0.24～0.33 m·s—2之间，其下方地基中桩间动土压力在3.1～4.8 kPa之间，桩顶动土压力在17.6～19.0 kPa之间，桩土应力比在3.97～5.67范围内；磁浮列车加载频率考虑车厢间隙和悬浮架间隙加载2种模式，100 km·h—1车速下车厢间隙加载频率为1.9 Hz，易引起复合地基表面的显著振动，悬浮架间隙加载频率为10.3 Hz，该加载频率及其整数倍易与低置结构自振频率接近从而产生共振效应。新型低置结构-地基系统在磁浮荷载作用下动力响应远小于规范控制值，采用现有的规范设计低置结构过于保守，存在较大的优化空间。     

高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

通过测试(48+3×80 +48)m大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2动车组以各种速度通过桥梁时的动力响应,结合理论计算分析,对大跨度连续梁动力性能进行分析和评价.结果表明:引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应,竖向加载频率主要取决于列车速度和车长;列车荷载激励频率和大跨度预应力混凝土连续梁的某阶自振频率相吻合时,桥梁的振动响应出现峰值,各跨振动响应峰值与该阶自振频率对应的振型形状有关;实测梁体动力响应均符合相关规范要求,能够满足列车运行安全性和平稳性的要求.     

车辆—轨道耦合作用下轨道系统的瞬态动力响应

基于连续弹性离散点支承梁分析理论,采用瞬态动力有限元分析方法,分析轨道系统随列车速度、车辆荷载、车辆刚度及基础刚度变化时的瞬态动力响应。结果表明,列车激励频率和轨道系统频率决定了轨道系统的振动程度。     

长定子中低速磁浮轨道动态特性分析

建立了长定子中低速磁浮列车轨道刚柔耦合垂向动力学模型,并采用 Bernoulli—Euler 方法建立磁浮轨道动力学方程,对刚柔耦合振动进行了仿真研究,并对磁浮轨道的基本参数变化时的响应特征进行了分析比较.研究结果表明:磁浮列车轨下弹性体参数模型的选取对磁浮轨道的动态特性具有很大影响,随轨下弹性体刚度的增加,钢轨的最大位移减小,所受的力增加;磁浮列车轨下弹性体的阻尼使波动周期变大,波动频率减小,有效地发挥了减小振动、避免共振、调整高度的作用.     

移动荷载作用下简支钢-混结合梁的动力响应分析

考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,对钢-混结合梁基本动力方程进行推导,采用分离变量法得到简支结合梁自振频率与振型的解析解,利用正交条件,得到移动荷载作用下结合梁动力响应的表达式。将结合梁的自振频率以及移动荷载作用下的动力响应的理论分析结果与实测结果进行对比分析,结果吻合良好。分析结果表明:由于柔性抗剪连接件的存在,结合梁中钢梁与混凝土板之间发生相对滑移,其移动荷载作用下的振动方程形式更为复杂,表现出与普通梁不同的动力特性。     

高铁荷载下桩-土复合地基振动响应特性研究

采用一种复合正弦波(M波)模拟列车移动荷载,建立轨道-路堤-PCC桩-土复合地基三维动力有限元模型,研究高速铁路路堤及PCC桩复合地基在列车荷载作用下的振动响应特性。研究结果表明:在靠近列车荷载作用处振动响应比较强,随着与轨道的距离增加,振动响应值也逐步降低,至地基远处24.5 m处,振动响应已经很小。路堤内振动波远低于枕木处振动幅值,振动波经路堤、垫层、桩体和土体层层过滤衰减作用,在地基下部土体中振动被削弱,振动的幅值和频率范围均受到影响。经过滤后地基下部土体振动响应频率接近或者低于土体自振频率,路堤、桩体和地基振动响应曲线体现了振动波在路堤系统各部分传播特点,反映出各部分振动特性。     

固定支承式悬浮隧道在列车荷载下的竖向动力响应研究

为了研究列车荷载下固定支撑式悬浮隧道的动力响应问题,以一拟建铁路隧道工程为背景,将水中隧道简化为两端简支的欧拉-伯努利梁,列车荷载简化为一系列移动集中力,建立列车荷载下隧道管体振动微分方程,并通过振型叠加法和隐式数值积分方法求解。以模态分析和时程分析为基础,探讨荷载列速度、水体对动力响应的影响。研究结果表明:移动荷载列通过悬浮隧道时,管体跨中位移放大系数在共振速度处出现了极大值。数据对比表明,水体惯性力相当于增加了隧道管体的附加质量,使其自振频率有所减小,进而减小了荷载列的共振速度,但水体会放大隧道管体共振时的位移响应。     

高架简支箱梁与U梁车-轨-桥耦合振动分析

基于多体动力学与有限元法,利用多体动力学软件Simpack建立箱型梁及U型梁的三维车轨桥耦合振动仿真模型,对列车过桥时箱型梁、U型梁及轨道结构竖向和横向振动进行分析,得到桥梁振动空间分布情况,进一步研究扣件、板下弹性支承与桥梁支座参数对箱型梁和轨道结构的振动规律,并给出各参数的合理取值范围。研究结果表明:列车以80 km/h的速度过桥时,箱型梁与U型梁结构振动空间分布情况差异明显,应重点关注钢轨、轨道板以及箱梁翼板与腹板的竖向振动,U型梁翼缘处横向振动不容忽视;增大扣件刚度能明显减小钢轨变形,但过大的刚度会使箱梁与轨道结构的振动加剧,建议扣件竖向刚度取值为20~50 MN/m;增大板下弹性支承刚度可明显减小轨道板的振动,但过大的刚度会加强钢轨振动,建议板下弹性支承竖向刚度取值为(1.0~1.5)×10~3 MN/m;增大支座竖向刚度在一定范围内可减小轨道板与箱梁的振动,但过大的支座刚度反而会使桥梁振动加剧,不利于减振,建议支座竖向刚度取值为(3~4)×10~3 MN/m。     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

中低速磁浮桥梁结构设计与试验研究

对中低速磁悬浮轨道梁设计和试验进行系统阐述。研究表明:中低速磁悬浮轨道梁适宜采用单箱单室后张预应力混凝土简支梁,强度计算不是轨道梁的控制因素,但是截面扭矩很大;刚度和动力性能成为中低速磁悬浮轨道梁的设计控制因素,通过试验,给出刚度和自振频率限值。专门研制的拉力调高钢支座能保证轨道梁横向稳定,预制架设方法是最适宜的施工方法。     

地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

列车通过轨道不平顺和刚度突变时对轨道振动的影响

通过建立轨道振动微分方程,推导了单轮作用下考虑轨道不平顺和轨道基础刚度突变的轨道变形解析表达式。利用该解析解和叠加原理,研究了轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动的影响,分析了单轮对和TGV高速动车通过不同的轨道不平顺和4种轨道刚度比时的轨道动力响应。计算表明,轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动有较大影响,其影响随着轨道不平顺振幅、刚度比和列车速度的增加而增加。     

高速行车时多塔斜拉桥动力性能研究

以某三塔斜拉桥设计方案为背景,通过数值计算分析,研究高速磁浮列车通过多塔斜拉桥时的结构动力性能。研究表明,三塔斜拉桥由于一阶竖弯振型的反对称性,在列车荷载作用下其行车方向的第二主跨易发生二次激振现象,使该跨的动力响应大于第一主跨,且桥梁竖弯基频越低,二次激振效应愈明显。为了降低桥梁过大的动力响应,提出几种加劲措施,分析表明,采用钢桁架加劲方案能大幅度提高桥梁的整体刚度,极大地改善其力学性能;采用中塔塔梁固结、边塔漂浮的结构体系对桥梁整体刚度的提高较为明显,适于多跨长联多塔斜拉桥。     

基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法及工程应用

将线路与线下结构分解为钢轨子系统和轨下结构子系统,其中钢轨子系统由上层钢轨和下层扣件一一对应的2层节点组成,钢轨处理为具有弹性离散点支承的连续梁,钢轨与扣件间的约束用弹簧-阻尼单元模拟,采用强迫位移和强迫速度的方法处理轨下结构对钢轨系统的作用,钢轨系统对轨下结构的作用则以外荷载方式施加,建立基于强迫振动的列车-轨道-轨...     

高速列车诱发地面波与轨道强振动研究

在高速运行的条件下,当列车达到某种速度时,列车将引起轨道和大地的强烈振动。本文通过建立轨道振动微分方程,得到单轮作用下轨道变形的解析表达式。在此基础上,利用叠加原理,研究轨道临界速度与单轮和高速列车诱发轨道强振动的关系,分析了轨道基础弹性模量和轨道抗弯刚度对轨道临界速度及轨道振动的影响。计算表明,轨道基础弹性模量是影响轨道临界速度的主要原因。尤其是当轨道基础为软土地基时,轨道临界速度很低,容易被中高速列车超过。当列车速度接近轨道临界速度时,轨道将发生强烈振动。分析还显示当列车速度低于轨道临界速度时,提高轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用并不明显,但当列车速度接近轨道临界速度时,增加轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用则非常显著。     

33 t轴重重载铁路轨道结构合理刚度研究

现有刚度研究多运用准静态方法进行分析并确定轨道结构的刚度取值范围,而没有考虑轨道刚度对轨道结构动力响应的影响,为改进既有方法,文章以车辆-轨道耦合动力学为基础,建立垂向分析模型,运用Matlab编写动力学仿真计算程序,采用敏感系数法分析轨道结构动力响应对轨道部件刚度变化的敏感度,从而得出轨道结构的合理刚度。以轨道综合动力响应最小建立目标函数,得出33 t轴重货车作用下有砟轨道结构的最优刚度匹配为:扣件刚度120 kN/mm,道床刚度175 kN/mm。     

高速铁路振动荷载的模拟研究

高速铁路路基动力响应的分布和变化规律已成为研究和解决路基问题的重要方面,通过确定动荷载来研究路基的动力特性是其中的一种方法。列车荷载是一个很复杂的问题,同时涉及列车轴重、悬挂体系、行车速度、轨道组成、线路平顺等等因素。本文将在充分考虑振动荷载产生机理(车辆因素、轨下基础因素等)的基础上,对已有的列车荷载表达式进行修正和完善。修正后的表达式,既考虑了相邻轮对间轮轨力的相互叠加和轨枕的分散作用,又考虑了由于轨道不平顺所产生的振动激励及其他要素,以期为高速列车动荷载的确定和路基动力响应分析提供借鉴和参考。