悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

既有线32 m下承式钢板梁加固方案的车-桥动力仿真分析

为配合沪宁线250 km·h-1提速改造工程,运用车桥耦合振动方法,从车辆和桥梁动力响应角度,对一挠跨比、跨中梁体横向振幅及横向加速度均超过<铁路桥检规>通常值的32 m下承式钢板梁进行加固方案比选.车-桥仿真计算结果表明:加强主梁可以明显提高桥梁的竖向刚度和横向刚度,降低车辆的轮重减载率和车体垂向加速度;增加横向连接系措施可以降低桥梁横向振动加速度;当车速超过220 km·h-1时,可降低车辆的脱轨系数;2种桥梁加固措施几乎不改变车体横向加速度;同时采取加强主梁和增加横向连接系的不同加固方案的效果相差不大.加固后的现场试验表明,该桥的竖向刚度提高明显,比加固前提高约50%,桥梁和车辆的动力响应也均满足相关规定,能够保证提速条件下列车运营的安全性、舒适性和平稳性.     

桥墩刚度对铁路大跨连续梁桥车桥耦合振动的影响研究

为研究桥墩刚度对高墩大跨连续梁桥的影响,本文以某高墩大跨铁路桥梁为背景,采用MSC Patran和ADAMS Rail软件联合仿真技术,对桥梁进行了车桥系统耦合振动分析,研究了桥墩横向刚度和桥墩高差对车辆和桥梁动力响应的影响,结果表明：（1）当桥墩横向刚度与原有刚度的比值在0.6～1.4范围内变化时,桥梁的横向动力响应变化不大,当桥墩横向刚度与原有刚度的比值由0.6降至0.2时,桥梁横向动力响应缓慢增大,当桥墩横向刚度与原有刚度的比值降低至0.2以下时,桥梁的横向动力响应急剧增大;（2）车辆动力性能受桥墩横向刚度变化的影响不大;（3）随着桥墩高差的增大,桥梁的跨中横向位移明显减小,列车和桥梁的其他动力响应指标的变化不大。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

悬挂胶轮列车与钢桥的振动试验及仿真研究

为评价悬挂胶轮列车及钢轨道梁桥的结构性能,以开封悬挂式单轨示范线为背景开展现场试验与仿真研究。开发了胶轮列车-钢轨道梁桥耦合振动分析程序,根据现场实测的胶轮车辆的空气弹簧、走行轮刚度和阻尼等力学参数,建立胶轮列车模型。对车桥动力响应的现场试验与动力仿真分析结果进行综合比较,采用相关规范对列车走行性以及轨道梁桥的动力性能进行综合评估。结果表明：车桥动力特性及其振动响应的理论与实测结果基本吻合,车桥耦合分析方法可应用于悬挂式胶轮单轨交通系统振动性能研究;轨道梁竖向挠跨比小于相关规范的限值,竖向刚度设计合理;在列车竖向静活载作用下,相邻两跨轨道梁梁端竖、横向转角之和最大值分别为 4.5‰和 1.5‰;车速 80 km/h 下轨道梁纵、横向应力动力系数最大值分别为 1.17 和 1.14;考虑到悬挂式胶轮列车没有脱轨风险,列车轮重减载率及钢轨道梁桥横向加速度较传统铁路偏大,其相应限值可较现行铁路规范适当放松。     

提速客车通过限速钢桥的试验和动力分析

研究了提速客车车辆的动力性能,与空载货车相比,客车的脱轨系数(Q/P)小,脱轨安全度不是桥梁横向刚度限值的控制因素.根据实测试验数据和车桥耦合振动理论分析,当提速客车以140 km·h-1和160 km·h-1的车速通过限速半穿式钢桁梁桥及下承钢板梁时,车辆具有富裕的脱轨安全度,车辆舒适度达到良好等级;桥梁跨中横向振幅Amax随车速增加增大,但Amax的绝对值较小,未超过1978年检规的参考限值.本文分析了提速客车以160 km·h-1的车速通过32 m下承式钢板梁桥时的竖向共振特性,竖向共振没有使主梁动挠度最大值增加,不是桥梁竖向刚度的控制因素.文章最后讨论了钢桥横向振幅出现跳跃点的现象,建议当过桥车速超过140 km·h-1时应采用无缝线路或采取桥上轨缝冻结措施.     

铁路跨度12m低高度钢筋混凝土板梁桥试验研究

为研究跨度12 m低高度钢筋混凝土板梁桥对开行25 t轴重C80货车的适应性,对朔黄铁路上行线(重车线)上两座12 m低高度混凝土桥梁(西留肖中桥与跨新沧保公路大桥)的动力性能进行了测试与对比分析。研究结果表明:西留肖中桥梁体横向振幅过大的主要原因是未设置横向限位装置;梁体竖向刚度满足使用功能与行车安全要求,竖向刚度的劣化对桥梁梁体结构的使用功能与行车安全影响较小;实测主筋应力小于钢筋疲劳抗力与活载作用下主拉应力增量,梁体在线弹性范围内工作;该类梁体结构可适应25 t轴重C80货车的重载运输要求。     

带约束构造的栓钉连接件组合板界面抗剪性能试验研究

钢-混凝土组合梁在负弯矩区混凝土受拉开裂的问题,将引起组合梁刚度的降低,承载力下降,成为制约组合结构发展应用的重要原因之一。针对该问题提出一种基于带约束构造栓钉连接件的组合板构造措施,即在组合梁负弯矩区混凝土翼缘板增加附加钢板,附加钢板和钢梁上分别焊接带约束构造的栓钉连接件,两者相互咬合交错布置在混凝土板两侧。通过双界面抗剪性能试验验证在负弯矩区采用附加钢板帮助混凝土受拉的可行性以及该组合板构造措施抑制混凝土板受拉开裂的有效性,并对组合板中带约束构造栓钉连接件的界面抗剪性能进行研究。研究结果表明：带约束构造的栓钉连接件能将裂缝约束在6倍栓钉直径范围内,避免混凝土板纵向贯通劈裂裂缝,充分发挥混凝土受压强度高的优点,且约束构造能有效提高栓钉的抗剪刚度;证明在负弯矩区采用附加钢板替代混凝土板及其内的受拉钢筋受拉切实可行,带约束构造的栓钉连接件能降低纵向抗剪横向钢筋的用量;提出带约束构造栓钉连接件的抗剪刚度计算公式以及能评价不同长径比栓钉的材料利用效率和抗剪效率的剪切刚度比-剪切角理论曲线,建议带约束构造的栓钉连接件弹性抗剪刚度极限值,为此类剪力连接件的工程应用奠定良好的试验和理论基础。     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

高速铁路下承式大跨度系杆拱桥无碴轨道桥面结构形式的对比研究

针对高速铁路下承式大跨度无碴轨道系杆拱桥,通过有限元分析,对桥面结构采用混凝土板与纵横梁半结合方案和全结合方案的动力特性、稳定性和受力性能进行综合对比研究。研究结果表明:与半结合方案相比,全结合方案桥梁刚度较大,尤其是横向刚度;桥梁动力特性和稳定性也较好;系梁承受的纵向力较小,桥面系参与系梁的第一系统作用较大,混凝土板应力水平整体较高,尤其是在端部节间;纵梁面外弯矩及其对应的面外弯曲变形都较小,横梁面内、面外弯矩及其对应的弯曲变形也都较半结合方案的小。建议半结合方案加强纵横梁交接处的局部构造,尤其是横梁与外纵梁交接处;全结合方案混凝土桥面板宜采用高配筋,特别是端部节间。     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

快速复合方法加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对既有线32 m简支T型梁桥在列车提速时横向刚度不足、振幅过大以及重载列车过桥时承载力不足的问题,提出通过预制混凝土横隔板及体外预应力钢绞线对桥梁进行横向和纵向复合快速加固方法,通过ANSYS和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)进行桥梁加固前后静力性能以及车桥耦合动力性能分析。研究结论:(1)提速列车过桥时主要问题是横向振幅过大,而横向加固能够有效提高梁体的横向刚度,使桥梁的横向一阶、扭转一阶自振频率显著提升,减小列车过桥时的动力响应;(2)重载列车过桥时主要问题是承载力不足,竖向挠度过大,竖向加固在提高承载力和竖向一阶自振频率的同时,会导致梁体的横向自振频率变小,需在纵向加固同时进行横向加固;(3)证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性;(4)加固后桥梁能够满足提速列车以及重载列车运营要求;(5)此加固方法适用于工期紧张且不能中断运营的铁路既有简支桥梁的加固。     

既有铁路混凝土简支梁桥加固技术研究

研究目的:既有铁路混凝土梁桥以中小跨度为主,理论与实践表明列车提速后,大多数梁体横向刚度不足,墩台截面偏小同样会刚度不够,不能满足提速的要求,为此需要对梁体及墩台进行加固改造.本文结合漯阜铁路既有线提速及改建设计,对既有铁路混凝土简支梁桥加固进行研究,总结了一些经验,有益于其它既有线铁路桥梁加固参考.研究结论:加强混凝土简支梁横隔板横向连接,可很好地抑制桥梁横向振动;梁底粘贴钢板、增设体外预应力钢束,可有效提高梁的承载能力;加大桥墩截面可大幅度增加横向刚度;采取以上措施加固的既有铁路混凝土简支梁桥能满足提速要求.     

基于模糊系统的铁路钢板梁桥加固效果评估分析

由于大部分铁路钢板梁桥在列车提速后竖向刚度和横向刚度都存在严重的不足，为保证铁路运输安全必须对其进行加固，而对其加固效果进行准确评估已成为铁路钢板梁桥研究的重要课题之一。本文利用模糊系统对铁路钢板梁桥的加固效果进行评估。在模糊系统评估中以钢板梁桥的横向振幅及竖向位移作为系统的输入，以加固效果作为系统的输出，并建立输入和输出的隶属度函数。采用MATLAB软件所建立的模糊系统，对桥梁加固效果进行评估分析。最后，通过对一座实桥加固效果的评估分析说明该种方法的有效性。     

不同车轮踏面在车桥耦合振动中的比较

结合工程实例建立了64 m钢桁梁铁路桥模型。利用多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真,并考虑LM型和LMA型两种不同的踏面对车桥耦合系统的动力响应的影响。基于车辆走行性评价指标评价车辆运行性能,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等。研究结果表明,在相同的速度下,使用LM型踏面比LMA型踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在横向方面,如桥梁横向位移、横向轮轨力、车体横向加速度等;随着速度的增大,使用LMA型踏面比使用LM型踏面在减小车桥耦合动力响应方面效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应研究

研究目的:为研究大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,本文以30 t大轴重列车和重载铁路线上常用跨度32 m预应力混凝土简支T梁为研究对象,结合现场实测数据,基于多体动力学理论和有限元法建立大轴重列车-轨道-桥梁三维耦合精细化有限元模型,并验证有限元模型的准确性。通过计算大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,分析大轴重列车编组长度、列车轴重、列车运行速度以及桥墩高度等因素对桥梁结构动力响应的影响规律。研究结论:(1)当列车编组数达到6节以后,列车编组数增加仅影响桥梁结构的动力响应持续时间,不会对桥梁结构的动力响应峰值产生影响,在计算长大编组列车通过中小跨度桥梁时可简化为6节编组进行计算;(2)桥梁结构的动力响应与重载列车的轴重有较明显的相关性,桥梁跨中竖向位移和跨中横向位移均随着列车轴重的提高而增加,增幅呈近似线性增加的趋势;桥梁跨中竖向加速度和跨中横向加速度均随着列车轴重的提高而逐渐增加,且增幅越来越大;(3)桥梁结构的动力响应均随着列车运行速度的提高而增加,跨中加速度响应随列车运行速度的提高增幅比跨中位移响应增幅大;(4)桥梁墩高的变化对桥梁结构的竖向动力响应影响较小,而对横向动力响应影响较大;(5)本研究成果可为重载铁路桥梁的设计和既有线铁路桥梁强化改造提供参考。     

大胜关长江大桥动力特性现场测试与分析

采用车—线—桥系统试验的方法,测试动车组通过大胜关长江大桥及邻近线路区段时车辆、轨道和桥梁的动力响应,对该桥的动力特性进行现场测试与分析。结果表明:桥梁的横、竖向刚度均满足相关规范和设计文件要求;动车组作用下,梁体最大动力增量为设计荷载的5%,梁体最大竖向振动加速度为0.32m·s-2(20Hz低通数字滤波后),未出现共振现象,桥梁整体动力性能良好;在现有桥梁结构型式组合的条件下,车辆与桥梁的相互作用水平要小于由线路状况突变引起的轮轨相互作用;动车组经过主桥和引桥过渡区段时,梁体竖向刚度的差异对车辆、轨道和桥梁的动力响应有一定影响。     

小半径曲线段槽型梁桥车致振动响应测试分析

研究目的:合肥铁路枢纽环到线特大桥位于半径为300 m的曲线上,其34~#～35~#墩桥跨上跨淮南铁路上行线,为减小结构建筑高度,采用32 m跨径单线简支槽型梁,以直代曲设计;列车运行在曲线尤其是小半径曲线区段桥梁上,在离心力作用下,车辆和桥梁的横向振动加剧,扭转效应突出,而槽型梁为开口截面,其抗扭刚度相对闭口的箱梁较低;另一方面,曲线通过时,轮对的横移量增大,车轮轮缘向外轨贴靠,使得轮对横向力和脱轨系数增大,且未被外轨超高所平衡的离心力又增大了轮对的减载率,容易导致列车脱轨事故发生。因此,为确保列车安全、平稳运行,并揭示小半径曲线段槽型梁桥的动力性能,对小半径曲线段单线槽型梁桥的车致振动响应进行测试分析。研究结论:(1)槽型梁桥实测竖、横向基频均大于有关规范给定的竖向自振频率限值和实测横向最低自振频率通常值,该槽型梁桥的横向刚度主要由其基础刚度控制;(2)该桥结构刚度能够满足C62货车以不高于设计时速40 km安全运行的要求;(3)曲线段槽型梁桥的横向振动响应由离心力作用产生的结构横向静态响应和车桥耦合引起的横向振动响应两部分组成;(4)本研究成果可供曲线段铁路桥梁的设计和管养以及列车与曲线段桥梁系统耦合振动机理分析参考。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

基于UM软件的高速铁路车桥系统振动响应参数分析

为研究车桥系统运行的影响规律,建立了车-桥耦合系统的振动分析模型,用UM软件进行了计算分析。对高速铁路列车过桥的动力响应进行了研究。对比了桥梁刚度、桥梁阻尼、列车速度、列车数量对车桥系统的影响规律。结果表明:随着列车运行速度增加,车辆和桥梁的动力响应也相应增大,但不是线性增大;桥梁的横向振幅随桥梁横向刚度的增大而减小;桥梁阻尼和列车数量对车桥系统影响较小。