基于有限元仿真的列车-桥梁防护墙碰撞研究

针对桥梁防护墙防护能力研究较为匮乏的现状,基于有限元理论,运用Hypermesh软件建立有砟无砟轨道桥梁上动车组头车与防护墙碰撞的有限元模型,采用数值仿真方法对动车组头车碰撞防护墙过程进行分析和研究,获得不同速度和不同冲角碰撞工况下防护墙的受力与变形及列车运行轨迹的变化。研究结果表明:动车组头车以较低速度、较小冲角碰撞防护墙时,防护墙受损破坏程度较轻;当碰撞速度较高、冲角较大时,防护墙受损程度较重,头车有轻微爬墙现象。加高防护墙后建立相关工况下的碰撞模型进行仿真计算,通过分析其碰撞过程和碰撞力、头车偏转角及速度随时间的变化情况,发现增高后的防护墙能有效抑制列车爬墙现象,列车运行稳定性较好。     

基于定性微分对策的列车碰撞防护方法

为满足轨道交通运营中列车与列车安全间隔控制及碰撞防护的需求,利用定性微分对策理论分析了两列车的侧面冲突和追尾碰撞问题,建立了对应的数学模型.将前行列车和后续列车分别定义为逃方和追方,利用微分对策理论推导出追逃列车双方为了达到各自目的所应采取的最优控制策略和界栅图,确定了对策状态空间的捕获区和躲避区.通过计算捕获面积对各...     

铁路桥限高防护架与超高车辆的碰撞分析

为提高铁路桥限高防护架的抗碰撞能力,保护铁路桥梁的安全,基于ANSYS/LS-DYNA对铁路桥限高防护架与超高车辆的撞击过程进行了非线性数值模拟,从变形、应力、荷载、能量等方面分析铁路桥限高防护架的破坏过程。荷载分析结果表明,碰撞力最大值与车辆初速度近似成正比关系,此关系可为设计碰撞力的取值提供参考;能量分析结果表明,系统损失的能量大部分被防护架吸收,说明其抗撞击能力有待提高;应力分析表明,最大应力通常发生在防护架上部横杆和支撑节点区域,如在上部横杆间增加斜向支撑,或者适当增加横杆壁厚,可提高防护架的抗碰撞能力。     

城市轨道交通列车碰撞防护系统设计与研究

城市轨道交通作为一个复杂系统,由基于车-地双向通信的列车运行自动控制系统来保证运营安全。为了弥补普遍应用的列车控制系统过度依赖地面控制中心和车-地通道的不足,提出一种新型的城市轨道交通碰撞防护系统(CASUMT),该系统叠加于既有列车运行控制系统之上,基于"车-车通信"技术实现列车碰撞防护。设计列车碰撞防护系统总体结构和工作原理,并详细研究系统的关键技术;通过合理简化,并对系统的可靠性与安全性进行建模分析对比,研究结果表明:增加碰撞防护系统的城市轨道交通列车运行控制系统可有效提高运营效率,保障运营安全。     

土钉墙在边坡防护中的应用

采用土钉墙技术进行边坡加固已被广泛采用，结合庐山铁路疗养院边坡防护工程，介绍土钉墙加固技术的设计方法、土钉墙内部稳定验算和外部整体稳定检算方法，强调现场施工需要信息反馈和施工监测相结合，为类似工程提供参考。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。     

龙卷风作用下列车-桥梁系统气动特性数值研究

龙卷风是特异风灾害之一,常导致基础设施严重损毁,对其易发区高速铁路的安全运营有潜在威胁。为研究龙卷风作用下列车-桥梁系统气动特性,采用计算流体力学手段,开展车-桥系统龙卷风作用分析。首先,建立典型龙卷风发生装置数值模型,实现龙卷风流场数值模拟;其次,建立CRH2高速列车模型和典型铁路桥梁节段模型,开展横风作用下车-桥系统气动特性数值分析,并与风洞试验的结果进行对比,验证模型的合理性;最后,将车-桥模型嵌入龙卷风数值风场中,分析车-桥系统在龙卷风作用下的气动特性,研究列车在穿越龙卷风时所受侧力及倾侧力矩的变化规律。结果表明,龙卷风作用下车-桥系统气动性能呈现明显的三维特征,龙卷风涡旋气流的流线和风压分布受车-桥系统影响显著;龙卷风内部形成了负压场,在车-桥系统的影响下,内部负压区向外扩大,压力等值线沿着车-桥轮廓外凸;列车迎风面的压强沿径向增大,最小负压存在于迎风面和顶部转角处;列车在涡核附近区域受到侧力和倾侧力矩达到峰值,列车所受侧力作用最不利位置为迎风侧,所受倾侧力矩最不利位置为背风侧。     

不良地质体上防护结构变形对桥墩基础影响的工程试验方案探讨

当桥梁穿过不良地质体时,须采用抗滑桩治理岩体加以防护.本文结合成兰铁路工程试验段,探讨支挡结构变形对桥梁基础产生影响的工程试验方案,总结了从首次方案形成到具体实施方案的优化过程,尽量做到试验条件接近现场实际,试验原理直观明确,试验方法经济可行.最终确定的工程试验方案,选定了最接近工程实际的原位试验,以等比例工程消除模数...     

关于铁路既有中小跨度桥梁在160km／h列车作用下竖向刚度的分析研究

分析了我国铁路设计规范中规定的在中-活载作用下既有铁路桥梁竖向刚度的现状，及在不同桥梁跨度条件下各种荷载工况和中-活载的此例关系，结果表明中-活载能满足速度160km／h新建铁路桥梁设计要求。     

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布。以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的加强拉索疲劳寿命模型,研究了钢丝根数对拉索疲劳寿命的影响,计算了铁路荷载作用下该斜拉桥拉索寿命。结果表明:在10%的断丝率下,普通斜拉索和加强斜拉索疲劳寿命均服从正态分布且均值基本相同,普通斜拉索方差要大于加强斜拉索。两种斜拉索在仅考虑列车荷载作用下的疲劳寿命均远大于其设计寿命。     

考虑碰撞效应的铁路连续梁桥MTC减震体系地震响应研究

为提高连续梁桥抗震性能,提出可临时锁定梁体和活动墩的分阶段适时连接控制(MTC)装置.建立一座铁路连续梁桥有限元模型,研究碰撞效应对MTC装置减震效果及活动墩受力的影响并分析原因,探讨MTC装置在铁路连续梁桥上的适用性.结果表明:考虑碰撞效应后,MTC装置的减震效果有所降低,但仍可有效减小梁端位移和固定墩地震响应;碰撞...     

不同列车荷载模拟方法的对比分析

文章就实践中常用的简化模拟方法和有限元模拟方法进行了研究。通过频响函数和轨道不平顺谱的引入及快速傅立叶数值算法的应用提高了简化解析方法的模拟速度,改进了列车荷载轨道不平顺法的计算模型。利用ANSYS的二次开发建立了列车—轨道系统的二维有限元动力分析模块,实现了对列车荷载的复杂工况研究。对这两类方法模拟的列车荷载样本进行了时域和频域的对比分析,并对不同方法的应用提出了一些建议。     

城轨列车在曲线上的碰撞仿真分析

根据EN 15227:2020 《轨道交通轨道车辆耐撞性要求》,一般在直线线路上对城轨列车碰撞进行仿真分析,在曲线线路上开展的碰撞研究相对较少。城轨列车在曲线线路上运行时同样会发生碰撞,这就提出了在曲线线路上的碰撞分析需求。为此,研究城轨列车在曲线上运动的碰撞仿真建模方法,开展仿真分析,并对比分析曲线碰撞与直线碰撞结果,为列车在曲线上的碰撞分析提供参考。     

地铁站台火灾不同排烟模式下排烟效果的数值模拟研究

运用火灾动力学模拟软件FDS,对广州某一地铁车站岛式站台端部发生5MW火灾的情况进行数值模拟研究,对比分析不同排烟模式下地铁站内的顶棚温度分布、人眼特征高度处温度、能见度、CO浓度分布以及楼梯口风速分布情况,分析其排烟效果是否满足人员安全疏散的要求。结果表明,对于顶棚温度和人眼特征高度处能见度而言,3种排烟模式都能满足要求。对于楼梯口新风风速而言,排烟口为11个的排烟模式不满足要求。比较3种模式下温度和CO浓度的扩散范围,发现排烟口为22个的排烟模式的控烟效果较好,更有利于人员的安全疏散。     

强震作用下多跨简支梁桥碰撞效应的非线性响应分析

为了研究强震作用下多跨简支梁的非线性碰撞对结构响应的影响,基于SAP2000建立某多跨简支梁有限元模型,考虑支座和碰撞单元的非线性特性.对多跨简支梁自振特性分析探究该简支梁的振型及频率.最后探究碰撞单元刚度、间隙值及支座刚度3个非线性参数对碰撞效应的影响规律.研究结果表明:该桥前几阶振型主要以纵漂和竖向运动为主,表明在...     

风雨联合作用下高速列车受力数值模拟

采用双方程湍流模型和离散相模型相结合的方法,对不同降雨强度、横风风速和车速下高速运动车辆周围的流场进行研究。研究结果表明:在横风作用下,下落的雨滴与高速运行的列车发生碰撞,雨滴飞溅、改变了车身表面的粗糙度和不平整性,导致车辆运行横向力、升力和倾覆力矩均随着车速、风速和降雨强度的增大逐渐变大;伴随着降雨过程的强横风作用,车辆所受的气动载荷与强横风的单独作用情况下相比稍微增加。     

临界碰撞速度下的编组列车耐撞性研究

为了验证车辆在碰撞临界速度下的耐撞性,基于EN 15227-2008标准,对某编组列车进行碰撞仿真分析.碰撞速度设置为临界速度42 km/h,分为固定编组和重联编组2个工况.模型中考虑了钩缓装置和吸能装置的力学特性,通过车辆在碰撞过程中的速度、加速度、车体变形、能量变化等指标分析来验证车辆的耐撞性,并对2种编组形式的碰...     

峡谷风对桥梁上列车气动性能的影响

基于标准κ—ε双方程湍流模型,分析运行在跨峡谷桥梁上的列车外部稳态流场,研究不同峡谷间距、列车在桥上不同位置时峡谷风对列车气动性能的影响规律。计算结果表明:在同样风速条件下,峡谷间距越小,对气流的加速作用越明显,当峡谷间距分别为150,200,250和300m时,桥梁上方的风速分别增加了17.5%,11.6%,7.2%和3.4%;峡谷间距150m时车辆受到的侧向力、升力和倾覆力矩比300m时分别增大约25.7%,84.5%和21.1%;列车处于峡谷中间位置时受到的气动力最小,列车处于刚进入峡谷位置时受到的气动力最大,后者比前者车辆受到的侧向力、升力和倾覆力矩分别增大了5.5%,8.2%和7.8%。     

高速列车在桥梁上行驶时空气动力特性的数值模拟研究

利用国际上通用的流体力学计算软件FLUENT作为研究工具,对高速列车在地面和桥梁两种行驶状态下的外部流场进行了数值模拟,分析桥梁的存在及其特征尺寸对列车气动力的重要影响。通过比较列车在不同高度、不同宽度及不同横截面形状桥梁上行驶时的气动力情况,得出针对本文选定的桥梁设计方案,桥梁的存在增大了列车倾覆危险性的结论;同时发现存在一个最危险桥梁宽度,此时列车尾部抬升和倾覆的危险最大,而当桥梁宽度增大到一定数值后,桥梁的存在将不影响列车受力;另外肯定了桥梁横截面形状接近流线型对改善列车受力有积极作用。