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。     

车流作用下大跨度拱桥车桥耦合振动分析

为更好开展大跨度钢管混凝土拱桥的设计与施工,提高司乘人员的舒适性,开展多车辆交通流工况下基于桥面不平顺的车桥耦合振动响应研究.以三轴货车和茅草街钢管混凝土拱桥为背景,通过有限元法建立桥梁的三维结构分析模型,基于动力平衡原理建立车辆的9自由度多刚体动力学模型.运用MATLAB模拟桥面不平顺,以车轮与桥梁接触面为界,利用车...     

不均匀沉降对无砟轨道路基动力特性的影响

为探讨不均匀沉降对高速铁路无砟轨道路基动力特性的影响,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统的三维动力有限元模型,计算并对比分析有病害和无病害条件下路基的竖向动应力、动位移及振动加速度在空间上的分布规律,结果表明路基不均匀沉降导致无砟轨道路基的动力响应幅值及其空间分布规律发生明显的改变,且主要集中在支承层宽度范围、路基面以下0~1.5m深度内。由不均匀沉降引起路基动应力幅值可达100kPa,为无病害路基的3倍以上,动加速度幅值为无病害路基的2倍以上,在列车循环荷载作用下沉降区域将加速扩大,对路基产生非常不利的影响。     

钱江四桥主跨车桥耦合振动分析

钱江四桥是一座结构非常复杂的组合跨径双层钢管混凝土系杆拱拱桥。规划中的杭州地铁1号线从该桥下层通过。为确保成桥后轨道交通运行的安全性与乘坐舒适性，对该桥主跨进行了车桥耦合振动分析。采用数值方法模拟了脉动风速场及轨道不平顺。桥梁结构采用有限元模型，机车车辆被简化为车体、转向架和轮对并包含阻尼器及弹簧的两个悬挂系统的体系，每节车辆共有31个自由度。根据车桥耦合关系，并考虑桥上轨道不平顺以及侧向自然风的影响，分别计算了40km/h及80km/h车速下车辆和桥梁的响应。分析结果表明，在车速为80km/h、风速高达20m／s的情况下车辆运行的安全性和舒适性均能满足要求。     

车桥系统空间非平稳随机分析

采用虚拟激励法将轨道高低、方向和左右轨高差不平顺转化为一系列简谐荷载,将非平稳振动分析转化为确定性的时间历程分析,进行三维车桥系统空间非平稳随机分析。采用分离迭代法求解车桥系统运动方程,运用三倍差原理确定系统响应的最大和最小值,讨论系统响应的功率谱密度。研究表明:车体振动、桥梁跨中横向响应和轮对受到的横向轮轨力的随机性较大,轨道不平顺是其主要影响因素,桥梁跨中垂向响应及轮对受到的垂向轮轨力主要由确定性荷载引起。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。     

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。     

路基不均匀沉降值对板式轨道动力响应的影响

基于系统动力学和有限元理论,建立荷载-板式轨道力学分析模型,模拟了路基余弦不均匀沉降对板式轨道结构动力响应的影响,分析了不同路基沉降量对轨道板和混凝土底座的动应力和动位移的差异影响。结果表明:在速度为300 km/h的移动荷载下,路基沉降量从0 mm增加到30 mm,混凝土构件的纵向应力、垂向应力、动位移呈先陡后缓的增长趋势,拐点为20 mm沉降量;处于沉降槽起始部位的1号轨道板上表面和位于沉降槽中心的3号混凝土底座下表面受沉降量影响最大,为易发生破坏部位。     

车桥时变系统耦合振动分析模态综合法

采用模态综合法建立车桥时变系统耦合振动模型,导出该系统的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总刚度矩阵的计算表达式,并考虑移动车载所产生的附加矩阵.通过算例研究附加矩阵对系统耦合振动响应的影响.结果表明:在不考虑桥面不平顺时,无论车辆是低速还是高速行驶,附加矩阵对桥梁振动响应的影响很小,可以忽略;但附加矩阵对车辆振动响应的影响很明显,有时偏差高达30%,不可忽略.     

轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动方差解法

提出时滞多维非白噪声轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动的时域分析方法。采用白噪声滤波法模拟单轮对下的不平顺,在宽频带内识别滤波器参数以实现波长选择功能。基于Pade近似构造累次时滞滤波器以反映各轮对下不平顺之间的时滞关系。结合成型和时滞滤波器,构造以一致白噪声为输入、时滞多维非白噪声不平顺为输出的合成滤波器。建立车辆-桥梁垂向振动模型,并与合成滤波器联立得到一致白噪声激励下的车-桥-滤波器扩阶状态方程。继而提出求解此扩阶时变系统随机振动方差响应的递推算法。算例结果与MonteCarlo模拟法符合良好,表明该方法具有足够的精度,且对时间步长不敏感。     

软土地区铁路桥梁墩台滑移病害整治技术研究

针对宁启铁路既有线某桥墩台位移病害,根据现场实测结果,建立力学模型进行理论分析,得出墩台滑动的主要原因是由于桩基侧向土体约束作用极低所致的结论,计算时采用自由桩长的假定,结合现场地形情况提出"纵向顶撑、横向限位"的桥梁加固原则,采用墩台之间设置水平系梁、桥台外侧设置横向限位桩、台后地基钻孔释放应力等整治措施。     

矩形和圆形截面重力式桥墩台双向偏心受压下截面极限承载力实用计算方法

通过对影响矩形和圆形截面重力式桥墩台在双向偏心受压下截面极限承载力计算结果的多元回归分析 ,给出一种简单、实用且能满足工程精度要求的计算公式     

拱墩降温对大跨桥上连续式无砟轨道竖向位移影响分析

受季节和日照的影响,高墩大跨拱桥混凝土结构会出现膨胀现象,从而引起桥墩顶部竖向位移的变化。为了研究拱墩降温对高墩大跨拱桥上连续式无砟轨道竖向位移和高低不平顺的影响,根据桥上连续式无砟轨道的结构和受力特征,参考国内某大跨度上承式钢筋混凝土拱桥的实际参数,利用有限元方法,建立线-桥-墩一体化模型,分析拱墩降温对大跨拱桥上连续式无砟轨道的竖向位移和高低不平顺的影响。结果表明:拱墩降温引起的大跨桥上线路竖向位移较明显,设计时不可忽略;拱墩降温会引起线路高低不平顺,且对长波不平顺影响最严重;线路高低不平顺随降温幅度增加而增大,在年温差较大的地区目前不建议高墩大跨拱桥与连续式无砟轨道配合设计使用。     

高速铁路大跨度桥梁温度作用下轨道静态平顺性能分析

以南广铁路主跨450 m的西江特大桥为工程背景,结合工务部门的轨道实测高程数据,对西江桥的轨面静态不平顺进行分析。结果表明,较大的温度变形并不是造成轨道静态尺寸不达标的原因,只要在轨道精调阶段摸清桥面温度变形特点,控制好轨道调整精度,就可以满足轨道高低偏差管理值要求。     

天兴洲长江大桥斜拉桥在地震作用下的车-桥耦合振动分析

针对天兴洲长江大桥正桥的斜拉桥初步设计方案,建立空间有限元模型,采用动态时程分析方法,进行地震—车—桥耦合振动分析。根据多遇地震条件下结构可正常使用且不产生过大变形的要求,确定地震荷载的选择。选取货物列车(重车编组和空车编组2种方式)以80 km.h-1、中速旅客列车以200 km.h-1、高速旅客列车以250 km.h-1速度4种过桥方案,分别进行地震—车—桥耦合振动分析。计算结果表明,桥梁结构满足UIC规范中铁路桥梁设计对振动加速度的要求;车辆的最大脱轨系数均小于0.8;除高速旅客列车过桥方案的最大轮重减载率达到0.631(不满足0.60的安全标准但满足0.65的容许标准)以外,其余列车过桥方案的轮重减载率均小于0.60,满足安全标准;4种方案列车通过桥梁时的舒适(平稳)性与安全性均满足规范要求,但在相同的线路状态和车速下,货物列车空车编组时比重车编组时差。     

基于Opensees的铁路空心高墩地震反应研究

研究高墩在强震作用下的地震反应。以铁路连续梁桥为例,基于抗震模拟软件Opensees,建立一个90 m的空心高墩,考虑高阶振型,进行非线性动力时程分析,求出加速度从0.1g至0.6g时墩顶位移、墩底弯矩的变化规律及塑性铰的形成和扩展情况。结果表明,加速度从0.1g调整为0.2g,0.4g,0.6g时,墩顶位移分别增加1.35,2.79,4.6倍,墩底弯矩分别增加1.49,2.54,3.38倍。墩底首先进入塑性区,墩中部后进入塑性区,塑性区的长度分别向墩底和墩顶扩展,向墩底比向墩顶扩展的更快更广泛。因此,高墩设计中不仅在墩底部位,也要在墩身中部布置足够的箍筋。     

铁路桥梁墩身表面裂纹整治及安全性分析

针对某铁路特大桥在施工过程中出现的部分墩身表面裂纹,分析裂纹发生原因,应用静、动力分析方法对桥墩结构进行安全性评估,得出墩身表面裂纹对墩身强度及刚度等设计控制因素影响较小、不影响桥墩正常使用的结论,提出结构加固整治措施并付诸实施。建成后进行的行车检测表明,桥梁结构安全,完全满足运营要求。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

高速铁路大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动仿真分析

以鸭池河桥为工程背景,建立车-桥系统耦合振动分析的数值仿真模型。利用大型通用有限元软件ANSYS建立桥梁的动力分析模型,并计算其空自振特性。通过多体动力学软件SIMPACK对于CRH3动车组模型进行高精度仿真,结合SIMPACK软件和ANSYS软件,建立车桥耦合振动仿真系统,输入轨道不平顺和轮轨关系进行车桥耦合振动计算。车桥耦合振动分析结果表明:桥梁具有足够的刚度,振动状态良好;车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为"优良"。该桥的车桥耦合振动计算结果为今后类似桥梁设计提供了借鉴,同时也验证了联合仿真的可行性和便利性。