地震作用下445 m上承式高速铁路拱桥行车安全分析

为研究地震对高速铁路超大跨上承式拱桥行车安全性的影响,采用自主研发的列车-轨道-桥梁-地震分析系统程序TTBSAS,以一座445 m上承式钢筋混凝土拱桥为例,通过相对运动法输入3条实测地震波进行仿真计算,探讨不同地震波输入对计算结果的影响,以及有/无震下不同编号车辆动力响应的幅值分布规律,给出地震时CRH3高速列车通过该桥时的地震动阈值。结果表明:地震波的选择对计算结果的影响显著;无震时,车辆动力响应与车辆参数关系密切,可采用第1辆车(动车)和第2辆车(拖车)的动力响应来评判整列车的行车安全性与乘坐舒适性,有震时,地震动的非平稳性成控制因素,需综合考虑所有编号车辆的动力响应;地震动阈值随车速的增加而减小,当车速为300 km/h时,445 m上承式钢筋混凝土拱桥的地震动阈值为0. 15g。     

考虑轨道谱特征的高铁列车地震安全性评估

研究目的:轨道不平顺是高速列车运行过程中产生垂向振动的主要根源,利用轨道谱能从波长和幅值两方面描述轨道不平顺特征和规律。为分析不同轨道谱对我国高铁列车在地震作用下行车安全性的影响,本文建立高速铁路车-轨耦合分析模型,分别采用中国高速铁路轨道谱和德国低干扰谱数值模拟的轨道不平顺样本作为轨道系统激励,选取典型地震动作为外部激励,基于车轨耦合动力学原理,计算不同地震动强度下列车运行的安全性指标。研究结论:(1)采用德国低干扰谱进行高速铁路地震安全性评价相对于中国高速铁路轨道谱偏于保守,但两者的差异随地震动强度的增大而逐渐减小;(2)建议完善我国高速铁路轨道统计谱并应用于高铁列车地震安全性评估研究中,在保证安全的同时提升高铁运输效率;(3)本研究对评估我国高速铁路行车安全性以及合理确定我国高速铁路地震报警阈值具有借鉴意义。     

高速铁路地震紧急自动处置系统的研究

对国外高速铁路地震紧急自动处置系统的现状和发展、以及我国列车速度提高后地震对高速铁路运营安全的危险性进行分析,研究地震紧急自动处置系统监测点设置与报警安全性的关系。高速铁路地震紧急自动处置系统由监控中心设备(设在运营调度中心内)、车站设备和地震监测点设备构成,给出了系统功能结构、应用系统体系结构和总体网络结构。根据我国高速铁路基础设施在典型地震波激励下的最大动力响应系数,建议我国高速铁路地震紧急自动处置的报警阈值为45 Gal;通过对各种报警方式进行比选分析,提出我国高速铁路地震紧急自动处置系统报警及列车运行控制采用牵引变电所控制模式,监测点设置间距20~30 km,并尽量将地震监测点设置在牵引变电所内,以降低建设投资。     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究北大核心

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震波作用下过桥的全过程,分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

基于行车安全的连续轨道桥梁抗震设计研究

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,以轨道交通中广泛使用的连续轨道桥梁为研究对象,通过建立的地震荷载作用下车—轨—桥系统动力响应分析模型,模拟了列车在不同强度和卓越频率的人工地震波作用下过桥的全过程,分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对车辆与桥梁结构动力响应的影响;采用日本关于行车安全度的评价指标(脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力)作为地震时桥上车辆运行安全的评定标准,以列车脱轨临界状态时的桥梁动力响应作为桥梁振动的限值,统计得到了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,绘制了桥梁振动限值曲线,并利用拉格朗日插值法得到曲线的数学表达式。研究结果表明,规范规定的桥梁横向位移限值有时不能满足地震作用下车辆运行安全的要求,对位于地震区的连续轨道桥梁横向振动位移限值的确定需要考虑地震动强度和频谱特性的影响。     

大跨度轨道桥梁在地震及列车倚载作用下的动力响应分析

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,通过建立地震荷载作用下车-轨-桥系统的动力响应分析模型,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥为研究对象,运用计算机仿真的方法,模拟了列车在不同强度和频率正弦波作用下过桥的全过程。分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对地震发生时车辆与桥梁结构动力响应的影响,以脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力作为评价标准,给出了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,可供轨道桥梁抗震设计时参考。     

大跨度轨道桥梁在地震及列车荷载作用下的动力响应分析

为探讨实用的轨道桥梁抗震设计方法,通过建立地震荷载作用下车-轨-桥系统的动力响应分析模型,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥为研究对象,运用计算机仿真的方法,模拟了列车在不同强度和频率正弦波作用下过桥的全过程。分析了车辆类型、地震强度和频谱特征等因素对地震发生时车辆与桥梁结构动力响应的影响,以脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力作为评价标准,给出了确保地震发生时列车安全运行的桥梁容许横向位移限值和横向加速度限值,可供轨道桥梁抗震设计时参考。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

南丘河大桥动力仿真分析与动态检测验证

南丘河大桥为一座高墩刚构桥,是云桂铁路全线的重点工程。大桥建成后,相关单位利用动态检测方法得到了23 t轴重货物列车和CRH2动车组以不同速度通过大桥时的多项动力响应,并评价了桥梁的动力性能。车桥动力仿真是目前特殊桥梁设计检算的重要手段,为探究动力仿真分析方法的模拟效果,采用MSC系列软件建立列车-桥动力学仿真模型,分别采用美国五级谱和德国低干扰谱作为货车和动车组的轨道不平顺激励,模拟列车过桥的全过程,并将仿真分析结果与实测结果进行对比验证,研究桥梁结构的动力响应规律。结果表明:大桥1阶横弯与竖弯频率计算值分别为0. 774,1. 880 Hz,与实测的横弯频率0. 83 Hz、竖弯频率1. 95 Hz接近;采用美国五级谱和德国低干扰谱,其波长和幅值能较好地模拟货物列车和动车组通过大桥的动力响应,计算值和实测值接近。     

云桂铁路南盘江上承式铁路拱桥动力分析与验证

云桂铁路南盘江大桥为上承式混凝土拱桥,大桥建成后,相关单位利用动态检测方法获取了23t轴重货物列车和CRH2列车以不同速度通过该桥时桥梁结构的多项动力响应,并分析评价了桥梁的动力性能。为探究动力仿真分析方法的模拟效果,以南盘江大桥为背景,采用MSC系列软件建立列车-轨道-桥梁动力学仿真模型,分别用美国五级谱和德国低干扰谱作为货车和动车组的轨道不平顺激励,模拟列车过桥的全过程,获得桥梁结构的动力响应规律,并将仿真分析结果与实测结果进行对比验证。对比结果表明:大桥一阶横弯与竖弯频率计算值分别为0.30 Hz和0.576 Hz,与实测的横弯频率0.33 Hz、竖弯频率0.59 Hz接近;分别采用美国五级谱和德国低干扰谱,其波长和幅值能较好地模拟货物列车和动车组通过南盘江大桥的动力响应,数值仿真计算和实车动态测试的结果接近。     

高速铁路地震预警系统三级警报阈值及其处置策略研究

针对高铁地震预警系统中警报阈值及其处置策略问题,设计完成高速铁路列车-无砟轨道-桥梁缩尺模型、列车-无砟轨道-路基缩尺模型及列车-有砟轨道-路基缩尺模型的振动台试验,研究了列车的脱轨现象,并用模型试验验证了数值仿真分析方法的正确性。在此基础上,通过开展动力学仿真计算,提出地震作用下高速列车安全运行的速度阈值。研究结果表明:无论是桥梁还是路基结构,CHY004地震波首先出现脱轨系数超标和轮轨分离现象,ALS地震波次之,安评地震波最后;高速列车安全运行速度阈值表现为无砟轨道路基过渡段32 m简支梁桥。从行车安全性指标来看,脱轨系数控制的安全运行速度阈值对地震动加速度变化最为敏感,呈反比例关系。最后,基于相关规定,建议高铁地震预警系统警报阈值分三级设置,即当40 gal≤预测或计测的峰值地震动加速度a80 gal时,限速160 km/h,以偏安全考虑;当80 gal≤a120 gal时,紧急停车;当a≥120 gal时,紧急停车并接触网断电。     

高铁桥梁震时行车安全性评价的梁端变位限值研究

地震时桥梁端部易产生变位,对桥上列车的行车安全构成威胁。为研究基于梁端变位对震时列车行车安全性进行评价的方法及相应限值标准,建立车轨耦合振动模型。将梁端变位对应的轨道变形曲线作为静态不平顺施加到轨道上,地震导致的轨底激励以正弦波的形式通过大质量法作用于轨底,分析给定梁端变位、轨底激励及运行车速对列车行车安全性的影响。研究结果表明：列车脱轨风险与三者均正相关,因此在确定地震时梁端变位限值时应同时考虑三者的影响。通过二分法搜索得到不同频率和幅值的正弦激励下、列车以不同车速运行时,脱轨系数和轮重减载率达到限值时对应的3种形式梁端变位的界限值,取97.5%保证率得到不同车速对应的梁端变位限值。以5跨高铁32 m标准跨简支梁桥为例,进行地震作用下车-轨-桥耦合振动分析,得到按动态方法确定的梁端变位临界值,通过与按静态变位加轨底激励计算得到的震时梁端变位限值进行对比,验证了所提出的变位限值的正确性。依据所提出的方法和梁端变位限值,可采用地震下桥梁动力分析代替车轨桥耦合振动分析对高铁列车震时行车安全做出快速评价。     

地震激励下高速列车动态响应与运行安全边界研究

为研究地震对高速列车动态响应与运行安全的影响,建立地震激励下车辆-轨道耦合动力学模型,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入车辆轨道仿真模型中。基于仿真计算,对地震作用下高速列车的动态响应、脱轨机理及运行安全边界进行详细地分析和讨论,给出地震下高速列车安全运行及脱轨边界。分析结果表明:地震所引起的轨道结构大幅横向振动对高速列车的安全运行影响极大;横向地震波激励下,车轮与钢轨频繁地发生分离、车轮的大幅度抬升和车辆激烈的横向滚摆运动是造成高速列车脱轨的主要原因。     

简化的能力谱方法在桥梁结构中的应用

为研究简化的能力谱方法的计算精度,通过一座连续桥梁的实际算例,给出简化能力谱方法的具体应用过程。建立简化横向单墩计算模型,用SAP2000有限元程序对模型进行推导分析,得到能力谱曲线;将三条不同地震记录对应的反应谱曲线转化为ADRS格式的需求谱曲线,并与得到的能力谱曲线绘于同一坐标系下,两种曲线的交点即为结构在相应地震动下的弹性响应,继而求得结构相应的非弹性响应。用非线性时程分析方法对同一计算模型及三条地震动加速度纪录进行分析,与采用简化的能力谱方法下得到的计算结果进行比较,从中看出:简化的能力谱方法可以用较少的计算工作量得到比较精确的结构非线性响应;在该方法中采用 μ T关系式,会得到不同精度的计算结果。不同的Rμ     

丫髻沙大桥主桥抗震性能研究

应用有限元方法 ,根据丫髻沙桥场地地震危险性分析得到的地震动参数对丫髻沙桥的抗震性能进行研究。计算采用反应谱方法和时间历程两种方法。考虑地震动空间变化的影响。进行主要构件强度的校核和重要位移的计算 ,得到的结论是 :在丫髻沙桥工程场地的地震环境下 ,现有的设计方案具有足够的抗震能力 ,不会因地震而发生破坏     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析.选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库.基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动...     

一种适用于高铁地震预警的多台定位算法

研究目的:我国是一个地震多发国家,防震减灾所面临的形势十分严峻。高速铁路地震预警监测系统的研发旨在结合我国高铁运行环境、快速、准确地为地震影响里程范围内的列车提供预警信息,实现震后列车的紧急处置,最大程度上降低地震对于高速铁路造成的危害。研究结论:(1)结合我国高速铁路地震监测台站布设环境,采用基于自适应滑动时窗的双摆相似性算法对各台站的触发事件进行判断,滑动时窗自适应地搜索固定时窗内两组地震数据相似性的最大值,有效避免了设备延迟对相似性判断的影响,当来自同一个台站的双摆相似性低于设定阈值时,判断为干扰触发事件,该触发台站不参与后续多台定位,可避免误触发对定位的影响;(2)当两个及以上的台站触发报警后采用顺序触发的Voronoi图进行地震快速定位,该方法不受速度模型的影响,仅根据台站的触发顺序就可直接进行地震初步定位,所需台站少、时效性高;(3)在初步定位的基础上,再利用双台子阵定位算法对地震事件进行精确定位,由于先后依次触发报警的两个台站地震到时差所确定的震中双曲线轨迹为无限延伸的曲线,在V图的限制下可以很大程度上缩小震中的分布区域,从而大幅减小定位算法的计算量,达到提升高铁地震预警时效性的要求;(4)本文算法应用于高速铁路地震预警监测系统多台站定位,可为震后列车紧急处置提供预警信息。     

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。     

地震高烈度区软岩隧道结构动力响应特性研究

研究目的:为研究地震作用下地震高烈度区软岩隧道加速度动态响应的基本规律,以拉林铁路杰德秀2号隧道工程为背景,设计进行了1∶50比例隧道结构模型的振动台试验。通过输入白噪声、EL波和汶川波,测试模型结构的动力响应,分析各个测点峰值加速度的放大系数随高程变化和不同地震烈度条件下的变化规律,并通过快速傅里叶变化得到功率谱频谱曲线,分析模型结构的加速度动力特性,对比各个加载工况下加速度频域响应曲线,研究模型结构频域动力响应的基本规律。研究结论:(1)地震高烈度区软岩隧道其场地高程效应的表现形式与一般场地表现不同;(2)随着地震动幅值的增大,各测点峰值加速度放大系数呈减小趋势,在0.15g加速度激励下表现出最大值,且不同频率特征地震波激励对高程效应形态的影响基本一致,仰拱处地震响应最大,在进行隧道抗震设防时,应加强对仰拱部位的抗震措施;(3)围岩土体对加速度放大效应较为显著,而隧道衬砌结构对加速度的放大效应效果不太明显,地层的响应特性在很大程度上决定着衬砌结构的地震响应特性;(4)功率谱密度曲线显示出不同地震波激励下模型结构响应峰值相差不大,但峰值所对应的频率值不同,高频段地震波对衬砌结构影响较...     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.