更高速度条件下铁路简支箱梁关键参数研究

针对梁体基频、竖向刚度等参数,概述我国高速铁路桥梁参数的研究思路及成果、参数设计及运营现状,采用车桥竖向相互作用程序分析铁路简支箱梁动力响应规律。结果表明,梁体基频为设计参数的控制因素,梁体实测梁体基频高于设计值和规范限值,梁体刚度存在一定的储备;时速350 km的高速铁路简支箱梁可适应更高速度420 km/h的运营要求;420 km/h速度等级高速铁路简支箱梁关键参数可参考350 km/h速度等级相关参数;40 m跨度车桥动力响应明显降低,梁体基频等动力参数不再控制梁体设计,建议开展高速铁路更大跨度简支箱梁应用研究。     

350 km/h高铁32 m简支箱梁提速至400 km/h适应性分析

研究目的:高速铁路列车速度是衡量国家铁路发展水平的重要指标之一,时速400 km是目前多个国家追求的目标或发展方向。中国国家铁路集团有限公司于2021年组织实施“CR450科技创新工程”。本文基于京沪高速铁路32 m简支箱梁在动车组420 km/h速度范围内的试验数据,从桥梁结构自振频率、竖向刚度、动车组作用下的动力响应方面分析其对动车组400 km/h运行的适应性。研究结论:(1)32 m简支箱梁梁体竖向自振频率实测值为6.68～7.03 Hz,大于相关文献按440 km/h仿真计算确定的基频限值5.1 Hz;(2)32 m简支箱梁梁体竖向刚度能够保证动车组400 km/h运行的安全性和乘坐舒适性;(3)32 m简支箱梁结构承载力满足动车组400 km/h的运营荷载要求;(4)32 m简支箱梁实测梁体竖向振动加速度最大值为0.27 m/s²,小于《高速铁路设计规范》规定的限值5.0 m/s²;(5)在动车组420 km/h速度范围内,正线轮轴横向力实测值一般小于20 kN,实测梁体跨中和桥墩墩顶横向振幅数值均较小,实测无砟轨道相邻梁端两侧的...     

高速移动荷载作用对桥上轨道竖向动力特性的影响

以成灌铁路简支箱梁桥及轨道结构为背景,建立了移动荷载作用下桥梁轨道力学模型,推导了其竖向振动位移响应并编制计算程序,分析了荷载移动特性对桥上轨道竖向振动位移特性的影响。计算单个荷载以不同速度通过轨道时的竖向位移变化,得出即使没有轨道不平顺影响,高速移动荷载作用仍然会引起桥上轨道竖向振动,且振动频率与速度有关;与静荷载作用相比,轨道的竖向振动振幅大大增加,就成灌铁路而言,竖向位移最大值出现在速度350 km/h时。研究结果对深入了解高速列车通过桥上轨道时的动力特性有重要指导意义。     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

400 km/h高速铁路两种简支梁桥竖向基频限值对比研究

随着莫斯科—喀山400 km/h高速铁路设计的逐步推进,国内已有的高速铁路设计规范对于简支梁桥基频限值的相关条文已不能满足设计需求。为避免列车通过桥梁时出现过大振动甚至产生共振,以莫喀高速铁路两种33. 1 m简支梁桥形式(混凝土简支箱梁桥、钢-混结合简支梁桥)为背景,通过车桥耦合振动分析,对简支梁桥的竖向挠度和基频限值进行研究。结果表明:列车活载类型对桥梁竖向基频限值有一定影响,这与车辆的车长和轴重等参数有关;对于跨度L=33. 1 m混凝土简支箱梁桥,中国高速列车对应的竖向基频限值为100/L,俄罗斯设计列车对应的竖向基频限值为140/L; 33. 1 m钢-混结合简支梁比33. 1 m混凝土简支箱梁桥的竖向基频限值更高。本研究成果可为400 km/h高速铁路简支梁桥设计提供参考。     

何寨渭河特大桥跨度64m简支箱梁车桥动力性能研究

通过分析何寨渭河特大桥跨度64 m预应力混凝土简支箱梁在200 km/h动力集中式电动车组、SS7D牵引的双层客车两种列车通过桥梁时,车辆系统和桥梁系统的动力响应,总结大跨度简支箱形梁桥的车桥动力特性,并验证该桥梁设计的行车安全性及乘坐舒适性。     

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

高速铁路常用跨简支箱梁运营性能检定

根据对我国高速铁路桥梁动力性能测试数据的分析和相关研究,将高速铁路常用跨度简支箱梁运营性能的检定划分为抽样桥梁的周期性检定、提速桥梁的检定以及运营状态异常或有重大缺陷和损伤等桥梁的检定3类;检定中以梁体的自振特性、竖向刚度(挠度和梁端转角)和竖向动力响应作为简支箱梁运营性能的竖向评定参数,以梁体和桥墩的横向振幅、无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移作为简支箱梁运营性能的横向评定参数。根据对高速铁路联调联试得到的桥梁动力性能实测样本的统计分析并按可信度97.5%计算,分别给出250和350km·h~(-1)高速列车运行速度下跨度为19.5~39.1m的预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的建议通常值:梁体竖向自振频率分别为5.0~8.4和5.5~9.9 Hz,竖向阻尼比为2.0%~3.5%,挠跨比分别为1/12 000~1/48 00和1/11 000~1/7 200,梁端竖向转角分别为0.30‰~0.65‰和0.25‰~0.45‰rad,跨中竖向和横向振幅分别为0.20~0.35和0.10~0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25~0.40m·s~(-2),墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5~4.2范围内为条件选取,无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5mm。针对预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的测试方法提出建议。     

超高速磁浮车辆-简支梁桥的耦合动力响应

以真空管道交通为代表的新型交通系统以磁悬浮为主要形式,其运行速度可超过1 000 km/h。本文以磁浮列车超高速通过简支梁桥为研究对象,建立磁浮车辆-桥梁耦合系统动力分析模型,采用数值分析方法计算超高速磁浮车辆通过简支梁桥时耦合系统的动力响应,并分析桥梁跨数、结构阻尼的影响。研究结果表明:随着车速提高,系统动力响应整体增加并表现出越来越明显的时间滞后现象;超高速运行条件下车辆舒适性与安全性满足要求,而桥梁竖向振动加速度过大导致其成为行车安全的控制性指标。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

长沙中低速磁浮低置结构提速动力响应试验研究

随着我国交通的发展及城市客运量的不断增加，提速成为中低速磁浮发展和推广的核心竞争力。为研究长沙中低速磁浮低置结构段最高运营速度，在长沙磁浮低置结构段开展动力响应现场试验，实测不同时速、载荷等工况下低置结构振动加速度、动位移与动应变以及车辆振动等，分析承轨梁、路基、车辆的动力响应特征，得出长沙磁浮低置结构动力响应变化规律与建议运营速度。结果表明：当试验速度为100～125 km/h时，承轨梁、路基及车辆的各动力指标均满足规范要求；当试验速度达到130 km/h时，超载工况下车辆垂向加速度最大为1.14 m/s²,超过规范限值且列车运行过程中存在磁浮掉点砸轨现象；建议长沙磁浮低置结构段最高运营速度不高于125 km/h;行车平顺性和舒适性是影响磁浮提速的主要因素。长沙磁浮正式提速运营至今已达半年，运行平稳，相关研究成果可供磁浮提速工程参考。     

高速铁路连续箱梁运营性能检定

研究目的:梳理常用跨度连续箱梁运营性能的检定技术，为更好地开展高速铁路常用跨度连续箱梁运营性能检定工作提供技术指导。基于近年来在中国开展的高速铁路桥梁动力性能测试的数据和相关理论研究，对桥梁动力性能实测样本进行统计分析，分别给出250 km/h和350 km/h高速列车运营速度下预应力混凝土连续箱梁运营性能评价参数的建议通常值。研究结论:(1)明确了3类高速铁路常用跨度连续箱梁运营性能检定的任务，提出了10项连续箱梁运营性能评定的主要技术参数；(2)梁体竖向自振频率取跨度的幂函数，梁体竖向阻尼比为0.5%～2.0%,挠跨比分别为1/5 500～1/3 500和1/6 000～1/4 000,梁端竖向转角分别为0.60‰rad和0.50‰rad,动力系数分别为1.17～1.26和1.20～1.30,跨中竖向和横向振幅分别为0.25～0.80 mm和0.10～0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25～0.40 m/s²,墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5～4.2范围内为条件选取，无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5 mm;(3)本研究成果...     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

双机重载牵引下既有铁路桥梁竖向动力响应研究

为分析桥上有砟轨道结构在重载列车作用下的竖向动力响应,基于ANSYS建立有砟轨道—桥梁系统动力分析有限元模型,将列车荷载简化为集中力,分析研究中—活载及和谐号双机重载列车移动活载作用下桥梁和轨道结构的竖向位移和加速度动力响应。研究结果表明:轨道和桥梁结构跨中竖向位移和加速度响应在HXD1+HXD3+C80作用下最大,最大值为12.60 mm和3.27 mm/s~2,挠跨比为3.94×10~(-4),均小于规范中40 mm,350 mm/s~2和2.5×10~(-3)的要求;行车速度对轨道桥梁结构竖向位移响应影响很小,竖向加速度随着行车速度的增大而增大;增大桥梁刚度可以降低轨道桥梁结构系统的竖向位移和加速度响应,提高行车稳定性和乘客的舒适度;对既有铁路有砟轨道桥梁,应限定行车速度,采取相应的加固措施提高刚度以保证车—轨—桥系统的安全。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型.基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值...     

基于长期监测的车-桥共振分析

以沪昆下行线湘潭湘江特大桥长期监测数据为基础,研究了桥梁应力、振动与客车通行速度的相关性,重点分析了特定速度下的车-桥共振特性。研究结果表明:桥梁横向和竖向均存在明显的共振现象;应力幅值与客车通行速度散点图为单峰形状,客车运行速度在20～40 km/h时应力幅值较大;动力系数随运行速度的增加而增大,但小于安全限值;客车运行速度为35 km/h和50 km/h时,客车的激励频率与桥梁横向1阶自振频率接近,桥梁易发生横向共振,导致桥梁横向振动响应较大,竖向振动幅值随列车运行速度的增加而增大;当客车以25 km/h通过桥梁时,客车激励频率与竖向1阶自振频率接近,桥梁易发生竖向共振,但其竖向振动不明显,应力响应较为显著。建议车辆应尽量避开以上速度通过该桥。     

大跨度铁路无砟轨道桥梁动力性能试验研究

为检验、评估铁路大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的动力性能,验证大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计方法,对遂渝线新北碚嘉陵江大桥主桥(94 m 168 m 84 m)进行全桥动力试验研究.该桥的自振特性以及200 km·h-1速度等级CRH2动车组和120 km·h-1速度等级货物列车以不同速度通过桥梁时桥跨结构动力响应的试验结果表明,新北碚嘉陵江大桥连续刚构桥动力性能良好,具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,能够满足CRH2动车组以160～200 km·h-1速度、120 km·h-1速度等级货物列车以70～120 km·h-1速度运行的安全性要求.     

箱型桥梁结构的面板声学贡献分析

以高速铁路32 m混凝土简支箱型桥梁为研究对象,通过有限元软件建立了轨道-桥梁分析模型,采用车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,分析了桥梁结构的竖向振动,并将得到的竖向振动响应作为边界条件,导入到箱梁边界元模型中预测箱梁结构噪声。同时基于面板声学贡献分析理论,进行了箱梁梁体的面板声压贡献分析和声功率贡献分析,确定箱梁梁体辐射噪声的最大部位。研究结果表明:列车以200 km/h的速度运行在高架轨道上时,箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100 Hz范围内,其中在20 Hz和42 Hz左右有比较突出峰值。同时由面板声学贡献分析可知箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面板。     

车-桥竖向随机振动响应的概率分析

视车辆、桥梁为一个系统,利用弹性系统的动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立了该系统的竖向运动方程。以德国高速谱为激励,得到系统的随机动力响应。将车辆每种运行速度下的车-桥动力响应最大值视为随机变量的1个样本值,通过统计分析,获得车-桥动力响应的概率特征,并探讨车辆速度对车-桥动力响应的影响规律。研究结果表明:车-桥动力响应的最大值随机变量均服从正态分布;随着车辆速度的增加,轮对与桥梁作用力最大值和车体加速度最大值的均值均增加,而桥梁中点的位移、加速度最大值的均值并不与之成正比。     

高速铁路常用跨度简支箱梁优化设计和高强度预应力体系应用研究

从箱梁结构尺寸、预应力布置、预应体系强度等方面对32 m跨度简支箱梁的优化设计进行对比分析,优化箱梁的梁高可根据动力检算要求取3.0 m或2.8 m.开展了高速铁路简支箱梁跨度序列化设计研究,通过动力分析确定了24～32 m序列化梁的合理梁高为3.0 m,32～40 m序列化梁的合理梁高为3.2 m,提出了可满足非标准...