基于模态分析的Push-over方法在桥梁抗震分析中的应用

采用非线性时程分析是计算结构地震响应较为严格的分析方法,但它存在工作量大、计算复杂等问题。目前土木工程中常采用非线性的静力分析(Push-over分析)来评价在地震作用下结构的抗震性能。均匀分布、倒三角形分布的侧向荷载分布模式,适用于刚度大或第一阶振型为主的结构,为了考虑高阶振型的影响,本文提出了基于模态分析的Push-over方法,并将其应用到桥梁抗震分析中。这种方法需要分析结构的动力特性,尤其是振型贡献率。选出振型贡献率比较高的振型,并以此为基础,依据“侧向荷载分布模式与地震时结构惯性力的分布情况应尽量保持一致”的原则,参考《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)可得到对应各振型的侧向荷载,在对主要振型进行组合后,即可获得进行Push-over分析的侧向荷载分布模式。本文采用基于模态分析的Push-over方法对一实桥进行抗震性能分析,结果表明选取主要振型参与计算与采用全部振型计算的结果基本吻合,不仅考虑了高阶振型的影响,又消除了其他次要振型的干扰,因此这种方法应用于桥梁抗震性能评价是可行的。     

高速列车车体与动力包设备耦合振动分析

为研究车体与动力包结构耦合振动特性,计算车体固有模态以及低阶振型,建立了包含车下吊挂动力包的城轨车辆刚柔耦合振动模型,优化分析了动力包结构吊挂参数对车体振动特性的影响。计算结果表明:车体一阶弯曲频率对车辆垂向性能的影响要大于二阶弯曲频率。将动力包的振动以周期激励形式输入模型,当激振频率达到9.5 Hz和16.5 Hz时分别与车体的一阶和二阶弯曲频率相叠加,在此频率下车体的平稳性指标迅速恶化,因此在车辆设计过程中应尽量避免发生该频率下共振。     

“建桥合一”铁路客站Rayleigh阻尼系数计算方法

在显著影响单自由度体系位移方差的激励频率范围内,采用最小二乘法拟合出水平向和竖向地震加速度互功率谱的线性修正表达式,并结合传统随机振动计算方法和规范加速度谱提出了多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法。以"建桥合一"铁路客站天津西站Ⅱ区为工程背景,基于应变能振型阻尼模型求得的结构响应值为标准,对分别基于二阶、单维激励多阶、多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法的结构响应值进行了比较。结果表明:多维激励多阶参考振型Rayleigh阻尼系数计算方法合理考虑了振型和地震激励的相关性,响应值偏差最小,更适合于类似铁路客站Rayleigh阻尼系数的计算。     

重庆轻轨袁家岗车站桥动力性能分析

采用空间离散模型,计算重庆跨座式单轨交通线路袁家岗车站桥的结构自振特性及动力响应。由于单轨交通桥梁结构的振动,主要是由静力脉动引起。采用车桥作用理论的荷载列方法,计算15种工况下轻轨车辆经过时的的结构振动。结果表明:该车站桥结构具有足够的刚度,整体动力性能较好;结构在纵、横、竖三个方向都是站台层的加速度值最大,竖向加速度值最大为0 057g;桥上各处的振动舒适度系数均在1 5以下。     

基于动力吸振原理的高墩桥梁抗震特性研究

研究目的:为提高高墩桥梁的抗震性能,利用梁体具有大质量的属性,提出一种动力吸振型高墩桥梁结构,基于扩展定点理论、有限单元法和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,对3种墩高的高墩桥梁在4条实测汶川地震波作用下的抗震特性及列车过桥安全性进行分析。研究结论:(1)相对于常规型桥梁,动力吸振型桥梁不仅可以有效抑制地震作用下不同高度桥梁在设计固有频率处的墩顶横向位移和加速度,对梁体的横向振动也有一定程度的抑制作用;(2)动力吸振型桥梁墩体应力最大值较常规型桥梁有很大幅度的降低,即便是计算工况中最小的减震率,也达到了43. 57%;(3)由于抑制了作为列车运行基础的梁体横向振动,列车通过动力吸振型桥梁时的脱轨系数和轮重减载率均低于通过常规型桥梁时的指标,过桥安全性也得到提高;(4)本研究成果可为高墩简支梁桥抗震设计提供理论支撑。     

新建铁路南京南站站房结构的动力特性分析

建立了新南京南站的三维有限元模型,分析了站房结构的自振特性,并对列车通过正线桥时结构的动力响应进行了数值计算.结果表明:站房结构的自振多为局部振动,只有少数的整体振型,整体振动主要是顶层屋盖、候车层楼板和乘轨层在水平方向的振动;对于列车单线通过正线桥时引起的候车层的响应,线路和车速都是比较重要的影响因素;列车通过正线桥时引起的候车层最大竖向加速度没有超过规范规定的限值,不会引起候车层旅客的不舒适感,说明南京南站具有较好的动力性能.     

接触网动态研究

本文研究的是我国目前使用最广泛的简单链形悬挂接触网。通过对接触网垂向位移的延拓展开，建立起数学模型得到相应的垂向振动固有频率和模态振型，利用振型迭加原理，计算，分析出接触网的动态响应和受流性能，给出了接触网主要参数对受流质量的影响趋势．     

速度300 km/h列车振动荷载下隧道衬砌加速度响应规律分析

通过现场试验和有限元数值模型计算的方式,对衬砌在速度300 km/h列车荷载作用下的加速度响应规律进行了研究,经过高速铁路隧道现场衬砌振动测试和数值模型计算结果对比,验证了衬砌动力计算模型的正确性和可靠性;振动荷载在衬砌拱圈中的竖向振动加速度由墙角向拱顶呈下降趋势,拱圈横向振动加速度则呈现由墙角到拱顶先下降后增大的趋势,横向和竖向加速度的绝对值在接近列车侧均明显大于远离列车侧;证实了动车组列车轮对二阶固有频率对隧道衬砌拱圈振动加速度响应频率有较大影响;拟合得到了速度300 km/h列车作用下隧道衬砌拱圈横向和竖向振动响应加速度传递经验的三角函数公式。研究结果可为后续隧道衬砌在列车荷载作用下振动响应机制的研究提供参考。     

考虑非一致地震输入的车-桥系统动力响应分析

针对地震对列车在高速铁路桥梁上走行安全性的影响,将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来,建立可考虑行波效应影响的长大跨度桥梁—列车耦合系统的地震反应分析模型。利用车—桥系统地震反应分析程序,对高速列车在不同特征地震荷载作用下通过某高速铁路连续梁桥进行仿真分析,研究列车速度和地震波行波效应对车—桥系统动力响应的影响。研究结果表明:地震波行波效应对车—桥系统的振动响应有重要影响,并不总是地震波行波速度越大,车辆的动力响应的计算结果越接近一致激励时的相应值;在进行大跨度连续梁桥车—桥系统的地震反应分析时,应按桥址处的实际场地土特性考虑地震波行波效应的影响;地震荷载作用时车体的横向振动加速度以及各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,在评价地震作用下高速铁路连续梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响,给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

基于运行模态参数辨识的动车组异常振动在线监测技术

针对动车组抖车、晃车异常振动发生时，振型较单一且模态阻尼比下降的特点，提出一种基于运行模态参数辨识的动车组异常振动监测技术。采用时域模态分析方法，对车体振动加速度进行实时计算，获得模态频率、阻尼比和参与因子，根据模态参与因子确定当前振动的主导振型，由主导振型的模态频率判断是否存在动车组异常振动，并根据模态阻尼比对动车组异常振动的严重程度进行量化分级报警。动车组车体平稳性监测装置现场服役跟踪数据验证表明，该技术具有较高的识别精度。     

用ANSYS分析高层钢-混凝土混合结构的地震反应

依据抗震设计规范,采用三维有限元ANSYS软件,对钢框架-混凝土核心筒的混合结构动力特性和地震时程反应进行分析.通过计算,得到该类建筑物的自振特性以及在地震作用下的位移和加速度反应.通过地震动的影响因素分析,明确了结构各类参数的变化对结构反应的影响,为结构的合理设计提供参考.所提供的分析方法为此类结构的抗震性能研究提供了一种有效的途径.     

铁路下承式连续钢桁梁桥静动力性能评估

成昆铁路复线完工后,部分老线区段将并入复线,并开行时速为160 km的动车组。为评估老线中典型桥梁在开行动车组后的服役性能,通过数值仿真及现场静动力荷载试验的方式,对某3×64 m连续钢桁梁桥的静力及动力性能进行检测与评估。研究表明,静力荷载作用下,主桁杆件最大轴向拉、压应力分别为143.1,175.4 MPa,均小于容许应力240 MPa,结构具有足够的强度安全储备。第34、35、36孔挠跨比分别为1/1 756、1/1 940、1/1 732,均小于规范规定的1/1 250,表明该桥具备通行动车组的刚度条件。各工况下活动支座纵向位移最大值为3.195 mm,小于支座纵向位移允许限值,表明各活动支座工作状态良好。动荷载作用下,主梁振型、自振频率与既有检定结果差异不大,且均小于理论计算值。主梁跨中竖向加速度、主梁跨中横向加速度、桥墩横向振幅及活动支座横向变形均满足规范要求,表明该钢桁梁桥主梁、桥墩及支座等主要组成部分的技术指标均满足行车要求。     

异形独塔双层桥面斜拉桥动力特性及地震反应分析

固有频率和振型是反映结构动力特性的主要模态参数,是评价桥梁动力性能的重要依据。结合深圳皇岗—香港落马洲独塔双层桥面斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序建立全桥结构有限元模型,对独塔斜拉桥结构的一般动力特性进行了分析,并采用反应谱法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下独塔斜拉桥地震响应的最大值,为该桥的抗震、抗风分析提供参考。     

大跨度铁路桥梁变形控制标准研究

为保证大跨度桥梁运行的安全性与旅客乘坐的舒适性，动力性能分析时应考虑风、温度、徐变、沉降等环境变形的影响。确定运营阶段多种荷载组合状态下的变形控制标准时，不能将现行设计规范中单独给定的变形限值直接叠加，而应对这些变形的总量值进行控制。本文按照发生概率、作用时间以及桥梁变形特点，对运营阶段桥梁承受的荷载及各类环境因素进行分组，并采用分级管理的原则对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的变形控制标准进行研究。最后以某大跨度斜拉悬吊桥梁为例，介绍动力性能评估与变形控制标准的工程应用。研究结果表明：对于不同荷载作用下的车辆响应，可分别采用车桥耦合动力分析与中点弦测法；采用中点弦测法对长波不平顺进行管理时，高速铁路与普速铁路的合理控制弦长分别为60、30 m;经过对多个典型路基区段轨道不平顺和车体加速度检测数据统计，并对轨道不平顺采用对应的弦长输出，可得到车体加速度与不平顺弦测输出的相关关系曲线，为动力性能评估提供一种简便的计算方法。研究成果给出不同的荷载组合及车辆响应建议限值，为设计阶段桥梁变形控制提供参考。     

动力子结构法在内燃机车动力分析中的应用

高速内燃机车的车体是复杂的空间结构，其有限元离散模型通常具有很高的自由度。作者利用有限元动力子结构法对车体进行了动力分析及在柴油机垂直激振力作用下的响应分析，并计算了车体的前20阶固有频率和振型。计算工作表明有限元动力子结构法可有效和灵活地用于大型复杂结构的动力分析，并能大幅度节省计算工作量。因此，该方法在机车车辆等复杂结构的动力分析中具有广阔的应用前景。     

特种荷载作用下高速铁路路基本体参数敏感性研究

为研究高速铁路路基本体参数对特种荷载的敏感性，建立有限元模型并设计正交试验进行参数敏感性分析。参考汉巴南客专CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基结构，结合瞬态动力学理论与人工边界方法，进行参数化有限元建模；设计正交试验，改变路基本体材料参数得到相应动力响应；利用极差分析和方差分析两种方式研究路基本体力学参数对特种荷载的敏感性。结果表明：路基本体弹性模量E对各项动力响应的敏感性最大且远大于其他参数，适当采取压实措施增大路基本体弹性模量对高速铁路路基承受特种荷载有显著防护效果，但结合振动加速度a计算结果，E值应该控制在150 MPa左右最为合适；路基本体填料塑性参数c、φ对特种荷载作用下高铁路基动力响应影响作用较小，即机动站坪设计对岩土填料种类并无特殊要求。     

高速铁路桥梁动力设计参数研究

本文介绍了高速铁路行车速度对桥梁动力响应的影响，给出了同类型车辆过桥时的桥梁共振速度，并按一定条件计算了各种跨度简支梁在具有不同自振频率的动力系数值；文中也讨论车辆振动，车辆动力参数及轨道不平顺等参数对高速铁路桥梁的振动的影响；     

软土-铰接桩体系隔震性能的振动台试验研究

设计并实现了软土-铰接桩体系隔震性能的振动台试验,通过试验研究了这种新型隔震体系对上部结构动力反应的影响。本试验采用块状海绵作为模型土,并采用两端铰接的新型群桩基础,以模拟剪切模量较小的软土地基。此外,采用振型分解法的计算机程序对试验模型进行了计算。研究结果表明,软土地基情况下结构的自振周期远大于刚性地基上结构的自振周期,软土地基情况下的结构阻尼远大于刚性地基情况下的结构阻尼,结构的地震反应有所减小,加速度反应减幅达到40%以上。这说明这种新型的软土地基起到了隔震减震的作用。所提出的软土-铰接桩体系,是地基-基础-上部结构动力相互作用的发展与应用。     

大跨铁路连续刚构桥地震力分析

以新建松陶铁路跨第二松花江大跨度连续刚构桥为研究对象,运用midas对其动力特性进行了分析,得到了成桥状态下结构的自振特性及有效振型参与质量,确定了运用反应谱法对地震作用进行振型组合时所必须的振型阶数,并结合反应谱法对该桥进行了地震反应分析,分别得到地震作用下结构的反应最大值,同时根据抗震计算结果对桥墩和桩基础进行配筋验算。     

秦沈客运专线常用跨度桥梁的动力分析

铁路列车通过桥梁时将引起枯梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响列车的运行，其中线路的轨道不平顺对列车和桥梁的振动起很大作用，这种相互作用，相互影响的问题就是列车－线路－桥梁耦合振动问题。随着列车速度的提高，桥梁的动力特性和列车运行安全性与舒适性在设计桥梁时必须加以充分考虑。本文160km/h,200km/h,300km/h三种等级的列车数以及对应的轨道不平顺波，综合考虑列车－线路－桥梁的共同作用，全面分析秦沈客运专线设计过程中的62种不同设计方案的桥梁，评价以上桥梁动力特性及列车走行性，为客运专线桥梁设计提供技术依据，其中有27种方案经有关单位审查后在秦沈客运专线中使用。