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.     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

高速铁路大跨度连续梁桥竖向共振现象研究

调研我国高速铁路典型桥梁的实测自振频率和运营列车的实测竖向加速度,发现在列车荷载的周期性作用下（40+56+40） m和（40+64+40） m连续梁可能发生共振,阐述了列车与桥梁结构之间的共振作用机理。以（40+64+40） m连续梁桥为例,基于实桥参数和通用图的设计参数分别建立车桥耦合动力模型进行仿真分析。结果表明：实桥自振频率通常高于设计值,导致列车实际共振速度与设计频率对应的共振速度存在差异,当实际桥梁的自振频率处于共振频率范围内时,需要根据实际桥梁的混凝土弹性模量、二期恒载等参数进行动力响应分析;运营车速范围内引起了连续梁桥的共振响应,但桥面振动加速度满足规范要求,轨道结构保持稳定,车辆并未受到周期性激励,未发生车辆共振,仿真分析结果与实测规律一致。     

多跨斜交简支T梁桥车桥耦合振动分析

针对简支T梁的受力特性,采用梁壳组合模型模拟简支T梁,分别建立列车一斜交桥梁系统和列车一正交桥梁系统的空间耦合动力学模型.分析CRH动车组以不同速度分别通过多跨斜交简支T梁桥和多跨正交简支T梁桥时机车车辆及桥梁的动力特性.结果表明:CRH动车组通过正交桥和斜交桥时,机车车辆的振动响应随车速提高而增大,而且斜交桥的机车车辆振动响应大于正交桥;当列车通过斜交桥的车速不超过200km·h-1时,列车的乘坐舒适度达到"良好"标准以上,但乘坐舒适度较通过正交桥时差;列车通过斜交桥时安全性能够得到保障;斜交桥的各项动力响应均在容许值范围以内,斜交布置虽对桥梁的横向振动非常不利,但对抑制桥梁中心线处的竖向振动有利.     

卸索期间列车—斜拉桥耦合动力响应分析

以沪昆高速铁路长沙段三跨(112+80+32)m独塔斜拉桥为研究对象,利用自主研发的车桥耦合振动分析软件TRBF-DYNA开展斜拉桥维修卸索施工期间的桥梁动力响应及列车走行性分析。采用多刚体动力学方法建立31个自由度的车辆模型,采用有限元方法建立轨道—斜拉桥模型,轮轨间竖向采用Hertz非线性接触模拟,横向采用蠕滑理论模拟。分析结果表明:卸索对桥梁刚度的影响不大,对桥梁自振频率的影响在5%以内;卸索期间车致桥梁振动响应略有增加,其中桥面主跨竖向振动位移最大增加了10.8%,但其他参数增幅较小;桥塔以纵向振动为主,不同卸索工况对桥塔纵向振动影响显著;各卸索工况主要影响车辆竖向加速度,对列车其他运行安全性指标影响较小;在卸索期间,列车的行车安全性和平稳性指标均满足规范要求。     

基于弦测技术的铁路上承式拱桥桥面变形限值研究

铁路拱桥桥面过大变形将危及列车行驶和桥梁结构的安全,但已有关于拱桥变形限值标准及评判依据的研究较为少见。以某上承式拱桥为研究对象,建立桥梁全桥有限元模型并进行车桥耦合振动分析,研究温度及不同倍数徐变引起的桥面变形对列车动力响应的影响,对比分析弦测法弦长与列车在轨道和上承式拱桥上运行的动力响应间的对应关系。结果表明:仅考虑轨道不平顺激励时,30～50 m弦测法能够较好地反映高速列车的加速度响应的变化规律;上承式拱桥徐变倍数为1.6时,车辆竖向加速度响应超限;仅轨道不平顺作用下列车竖向加速度卓越频率约为1 Hz,运行在上承式拱桥上时的卓越频率在1～2 Hz,说明影响振动的波长范围由长波向中长波扩展;弦测法用于上承式拱桥时,采用20～30 m弦长;上承式拱桥温度及徐变极限变形20,25,30 m弦测矢量值为3.8,4.3,5.3 mm,对应的限值可采用3.5,4.0,5.0 mm。     

槽形主梁非对称式独塔斜拉桥车桥耦合分析

以某大跨度采用槽形主梁的非对称式独塔斜拉桥为工程背景,建立由斜拉桥和桥上通行列车组成的空间耦合振动分析模型,在建立槽形主梁模型时采用槽形薄壁梁段有限元法。根据势能不变值原理及形成桥梁结构矩阵的"对号入座"法则,导出该车桥系统的空间振动矩阵方程,计算CRH2列车以不同速度通过该桥时的桥梁及车辆振动响应,并对不同车速下桥梁响应的变化规律进行研究。计算结果表明:采用槽形主梁的非对称式独塔斜拉桥具有足够的横、竖向刚度,CRH2列车以不同速度驶过桥梁时,各项振动响应输出值均在限值以内,桥梁整体动力性能良好,列车过桥时的走行性亦能很好地满足。     

基于弦测法的上承式拱桥长波不平顺限值研究

研究目的:温度和收缩徐变引起的拱桥桥面竖向变形导致长波不平顺,对车辆运行走行性产生影响。本文以某上承式铁路拱桥为研究对象,运用MIDAS/Civil软件计算得到桥面温度变形和收缩徐变变形,采用有限元软件MSC. PATRAN和多体动力学软件ADAMS/RAIL联合仿真技术,开展车桥系统耦合振动分析,研究桥面变形(温度和收缩徐变作用)产生的长波不平顺对列车动力响应的影响,并采用40 m弦分别对桥面变形和等效不平顺限值进行分析。研究结论:(1)收缩徐变倍数为1. 6时,CRH3以350 km/h速度通过大跨拱桥时,车辆竖向加速度指标接近限值1. 30 m/s~2;(2)当收缩徐变倍数为1. 6时,CRH2以各计算车速通过桥梁时,动力响应指标均满足要求;(3)基于40 m弦的桥面变形的弦测矢量限值可采用5. 5 mm;(4)本研究成果可为同类桥梁的限值要求提供参考。     

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明：横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s²;采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

斜拉-连续刚构组合梁桥车-桥耦合动力响应分析

以某斜拉-连续刚构组合梁桥为例,通过建立列车与桥梁的车-桥耦合动力分析模型,并根据势能不变值原理及形成结构矩阵的"对号入座"法则,导出了车桥系统的空间振动矩阵方程。计算了国产CRH2型列车以不同速度通过该组合体系桥梁时的空间振动响应,基于列车走行性评价指标,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动力特性,并对不同车速下桥梁响应的变化规律进行了研究,所得结果可为同类桥梁的相关评价分析提供参考。     

图号为专桥2059的简支梁桥受迫振动试验分析

通过对不同车速、不同车型情况下图号为专桥2059简支梁桥动力性能的现场检测试验,分析研究列车在运营速度下桥梁的动力特征及其动力响应。通过对该种梁型的水平、竖向振动幅值的属性分析来评析其横向工作稳定性,为该种梁桥的远期运营工况提供实测依据。     

高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

通过测试(48+3×80 +48)m大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2动车组以各种速度通过桥梁时的动力响应,结合理论计算分析,对大跨度连续梁动力性能进行分析和评价.结果表明:引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应,竖向加载频率主要取决于列车速度和车长;列车荷载激励频率和大跨度预应力混凝土连续梁的某阶自振频率相吻合时,桥梁的振动响应出现峰值,各跨振动响应峰值与该阶自振频率对应的振型形状有关;实测梁体动力响应均符合相关规范要求,能够满足列车运行安全性和平稳性的要求.     

大跨度多线铁路斜拉桥行车安全性分析

研究目的:列车通过桥梁时,与桥梁的耦合作用会影响桥上列车的行车安全性。大跨度斜拉桥由于自身结构柔度较大,其与列车的耦合作用往往会导致较大的桥梁响应,列车的行驶安全性更加需要予以重视。本文以某大跨度四线铁路斜拉桥为例,采用计算机模拟方法进行车-桥耦合分析,讨论不同列车类型、车速、列车行驶位置及双车交会下的桥梁及列车响应。研究结论:(1)不同速度等级下,桥梁振动响应呈往复变化,当列车施加的激励频率接近桥梁低阶自振频率时,桥梁振动接近峰值;车辆响应随车速增加而增大;(2)车辆类型对桥梁响应影响较大,其中货车C80的各项车辆响应指标更大;(3)车辆运行轨道对桥梁加速度和竖向位移的影响较小,对车辆响应的影响也较小,但对桥梁的横向位移影响较大;(4)双车运行情况下,随着两车入桥差的增加,桥梁的响应有所改善,不同的入桥距离对车辆响应的影响不明显;(5)本研究成果对类似大跨度斜拉桥的设计具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

对西康线“专桥2059”简支梁桥的受迫振动试验分析

通过对不同车速、不同车型情况下某座图号为“专桥2059”简支梁桥动力性能的现场检测试验,分析研究列车在运营速度下桥梁的动力特征及其动力响应。通过对该种梁型的水平、竖向振动幅值的属性分析来评析其动态工作稳定性。为该种梁桥的远期运营工况提供试验依据。从而保证列车满足提速条件及安全要求。     

钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥动力试验及车桥耦合振动分析

对跨径140 m的铁路钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥进行全桥动力试验。采用脉动法测试其自振特性;动载试验中试验列车分别以不同速度匀速通过桥面及以一定速度在指定位置处制动,测试各工况下桥跨结构的应变、位移、加速度的时程响应,并将实桥测试结果与该桥的车桥耦合振动计算结果作比较分析。结果表明:该桥具有良好的竖向和横向刚度及结构强度,整体动力性能良好,而通过列车对桥跨结构有一定的冲击作用;实测动力响应及其动力系数结果与理论计算结果相符较好,两者随着列车运行速度的增大而呈现相同的规律性;列车运行具有较好的安全性与舒适度;该类型桥梁适用于大跨度铁路桥梁。     

城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥耦合振动分析

为研究城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥系统动力性能,从数值模拟与现场实测两方面分析车?桥系统的振动特性.以满载地铁B型车和某三跨(42 m+65 m+42 m)刚构桥为对象,展开跑车试验,控制列车分别以60,80,100和120 km/h的速度通过待测试桥梁,获得列车?桥梁系统振动响应.然后,采用SIMPACK和ANSYS联合仿真分析方法,计算了不同速度条件下,车-桥系统的动力响应.研究结果表明:列车与桥梁振动指标小于规范限值,列车运行的安全性与乘坐舒适度较好,桥梁结构具有良好的横向、竖向刚度以及动力性能.研究成果可为此类连续刚构桥的动力分析提供指导和借鉴.     

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。