高速列车——大跨度钢斜拉桥空间耦合振动响应研究

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法，将车桥作为联合动力体系，以京沪高速铁路南京越江方案（２５６＋６４＋２５６）ｍ钢斜拉桥为研究对象，进行了高速列车过桥时的车桥空间耦合振动响应分析，着重研究了列车速度变化时对桥梁的挠度、车辆舒适度及脱轨安全度的影响。车桥计算结果表明，尽管该桥在设计荷载（０．ＵＩＣ）下的挠跨比达１／６１２，但仍能满足高速列车走行时的舒适性与安全性要求。     

京通线东沟桥上列车走行安全性、舒适性及平稳性分析

指出了国内外在列车一桥梁时变系统空间振动计算中存在的不足，并提出了改进办法。根据桥上列车脱轨能量随机分析理论，基于列车一桥梁时变系统空间振动计算模型，对京通线东沟桥上货物列车走行安全性、舒适性及平稳性进行了计算和分析。     

闽江特大桥高墩大跨刚构连续桥设计

闽江特大桥主桥孔跨采用(118+216+138+83)m预应力混凝土刚构连续梁。预应力刚构连续梁主梁采用单箱单室箱形截面。主墩采用圆端形空心桥墩和双柱式矩形薄壁墩,基础采用钻孔桩基础。采用有限元分析软件对主桥的平面静力特性,抗震性能、车桥动力响应等进行分析。计算结果表明:桥梁设计各项指标均能满足规范要求,桥梁具有良好的动力特性及列车走行性,列车行车安全性及舒适性均满足要求。     

大跨度铁路钢桁拱桥车—桥耦合振动分析

为使列车高速通过大跨度铁路钢桁拱桥时具有良好的走行性,同时使桥梁具有良好的动力安全性,对该类桥梁的车-桥耦合振动进行分析.基于车-桥耦合振动理论,采用三角级数法模拟轨道随机不平顺,联立轮对沉浮振动及侧滚振动方程迭代求解轮轨力,采用迭代法求解桥梁及车辆响应.以南京大胜关长江大桥为例,采用推荐方法对该桥在不同列车(德国ICE3动力分散式高速列车、中华之星列车、南京轻轨列车、空载P62货物列车)以不同速度通过时,桥梁和车辆的动力性能进行分析.分析结果表明,该桥安全性和列车安全性、平稳性指标均满足要求,列车平稳性优良,推荐的计算模型及简化方法可用于同类桥梁的车-桥耦合振动分析.     

大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析

以某主跨432m铁路斜拉桥为例,运用桥梁结构动力学与车辆动力学,将桥上通行列车和桥梁视为联合动力体系,建立精细的列车与大跨度铁路斜拉桥的车桥耦合动力分析模型,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性,计算结果表明：当国产C62货车和CRH2客车以不同的速度通过斜拉桥时,车辆、桥梁的动力响应均能达标,列车具有良好的走行性,该斜拉桥具有足够的横向、竖向刚度。研究结果为大跨度铁路斜拉桥的动力设计提供了理论依据。     

天兴洲主跨80 m连续梁桥列车脱轨控制分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,分析天兴洲主跨80 m连续梁桥上高速列车的走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数计算式,计算该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,分析桥上列车走行舒适性。分析结果表明:列车以300 km/h以下车速通过该桥时不会脱轨,桥梁抗脱轨安全系数很大;列车走行舒适性指标均为合格以上。研究成果为桥梁设计提供了理论依据。     

福平铁路闽江特大桥主桥设计

福平铁路闽江特大桥主桥采用(110+198+110)m预应力混凝土连续刚构桥,主梁采用C60混凝土单箱单室变截面箱梁,三向预应力体系,为适应主梁产生的徐变变形,在箱梁内预留体外预应力钢束张拉条件;主墩采用双薄壁墩与主梁固结,基础采用16根2.8m钻孔灌注桩;主梁采用悬臂浇筑法施工,合龙顺序为先边跨后中跨。采用BSAS4.32软件对主桥进行结构静力计算,并对3种车型通过桥梁时的车桥耦合动力响应进行计算。计算结果表明:该桥在施工及运营阶段的刚度、强度均满足规范要求,桥梁具有良好的动力特性及列车走行性,列车通过桥梁时的安全性和乘坐舒适性均满足要求。     

高速铁路468 m斜拉桥车桥时变系统振动分析

该文根据车桥时变系统振动分析理论,并依据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了系统的空间振动矩阵方程。计算了高速列车以不同车速通过该大跨度钢混结合梁斜拉桥的空间振动响应,检算了该桥的横向和竖向刚度,并进行了列车走行安全性与乘客舒适性分析,所得结果可供设计参考。     

大跨多线铁路钢桁梁桥车桥耦合动力分析

为研究列车通过桥面上设置多线铁路的大跨度钢桁梁桥所激发的车桥耦合振动的规律,以某两联2×84m连续钢桁梁桥为研究背景,将列车视为多刚体动力系统,用空间有限元对桥梁进行离散建模,并将列车、桥梁视为联合动力体系,建立列车与多线钢桁梁桥的车桥耦合动力模型,计算分析列车通过该桥时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果表明:当ICE3高速客车、C62普通货物列车混合编组通过桥梁时,桥梁和车辆的动力响应比单线客车通过桥梁时明显偏大;列车在各种组合工况下通过桥梁时,列车走行性能得到满足,桥梁动力性能良好。     

公路简支梁桥车辆走行性及乘坐舒适性研究

将车辆和桥梁视为2个分离子系统,分别建立车辆和桥梁的振动方程,通过车桥接触点的位移协调条件及相互作用力相等原则将车、桥振动方程耦合,采用Ansys大型通用有限元程序中的APDL语言编制了该车桥耦合时变系统振动方程迭代计算的命令流,计算汽车通过公路简支梁桥时的车辆、桥梁动力响应,探讨车辆重量、悬架刚度、轮胎刚度,桥梁抗弯刚度与阻尼,行车速度、路面等级等因素对车辆走行性及乘坐舒适性的影响。结果表明:随车重的增加,车辆走行性和乘坐舒适性增加;随车辆悬架刚度和车辆轮胎刚度增大,车辆走行性变差,乘坐舒适性降低;桥梁参数对车辆走行性和乘坐舒适性的影响较小;随行车速度提高,乘坐舒适性降低;路面等级越差,车辆走行性和乘坐舒适性越低。     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题.为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统(转为线性弹性体),利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在...     

南京长江大桥铁路层车致振动对公路层维修改造的影响分析

南京长江大桥于1968年建成通车，经过近50年的铁路（约400列次·d^-1）、公路（高峰期约10万veh·d^-1）运营，公路正桥桥面系破损严重、屡修屡坏，亟需进行全方位性能提升。其中，列车频繁通过所致高频强扰动带来的结构安全是该维修改造的关键技术难题；通过车-桥耦合振动分析得到南京长江大桥维修改造前、中、后各阶段列车动载作用下的结构响应，从振动分析角度评估其维修改造时的结构动力安全。首先，建立不同改造阶段南京长江大桥精细化有限元模型，并验证其动力模拟的准确性；进而基于车-桥耦合空间振动理论，借助MATLAB与ANSYS平台编制南京长江大桥维修改造车致振动分析程序，同时基于既有文献算例完成其分析准确性验证；最后利用该程序得到公路层不同改造阶段列车驶过铁路层时主梁结构振动位移、加速度与应力时程，并计算关键节点的疲劳损伤与剩余寿命。研究结果表明：南京长江大桥改造中，列车过桥结构动载响应与改造前后振动响应规律相同，但改造后其位移量降低，新安装正交异性钢桥面板的轻质高强特性会改善全桥动力行为；旧桥面系拆除与新桥面系安装过程中，列车通行并不会影响其维修改造的结构安全；改造后其动载下疲劳损伤值不大，理论剩余寿命很长，均远超其服役年限。     

京沪高速铁路津沪联络线矮塔斜拉桥设计

京沪高速铁路天津枢纽工程中的一座三塔四跨铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥采用了分丝管索鞍、环氧喷涂钢绞线斜拉索等技术。为了验证整体结构及局部构造的安全可靠性,对该桥进行了整体静力计算、局部应力分析、动力特性分析、抗震性能分析以及车-桥耦合动力分析,对索塔节段及索鞍构造进行了模型试验。分析和试验的结果表明,该桥结构体系满足铁路行车安全及舒适性要求,分丝管索鞍、环氧喷涂钢绞线斜拉索可以应用于铁路矮塔斜拉桥。     

桥塔遮风效应对移动列车气动参数及行车安全的影响

为研究桥塔遮风效应对移动列车气动参数的影响，以沪通长江大桥这一钢桁梁斜拉桥为背景，基于移动列车模型试验装置，设计了缩尺比均为1：30的桁梁、桥塔和CRH3列车模型，依托XNJD-3风洞实验室进行了一系列试验。基于测试结果，分析列车通过桥塔区域时车速、风速以及合成风向角对列车气动参数的影响，并利用风-车-线-桥耦合振动模型分析了桥塔处气动参数突变对CRH3列车行车安全的影响。研究结果表明：桥塔遮风效应对移动列车影响显著，车辆气动参数在桥塔区域呈现突变的现象，升力系数和阻力系数经历了先减小后增大的过程，力矩系数则先增大后减小；风速越低，气动参数曲线在桥塔处的突变程度越大；气动参数曲线的突变宽度远大于桥塔自身的宽度，且车速越高突变宽度越大；合成风向角越小，列车气动参数在桥塔区域的变化越显著；列车离开桥塔区域时，桥塔尾流会造成升力系数和阻力系数局部增大；在考虑桥塔遮风效应的情况下，列车车体加速度在桥塔区域急剧增大，当列车远离桥塔区域时又逐渐减小；桥塔遮风效应会威胁列车的行车安全，未考虑桥塔遮风效应的分析结果是偏不安全的。     

Integration of car-body flexibility into train–track coupling system dynamics analysis

The resonance vibration of flexible car-bodies greatly affects the dynamics performances of high-speed trains. In this paper, we report a three-dimensional train–track model to capture the flexible vibration features of high-speed train carriages based on the flexible multi-body dynamics approach. The flexible car-body is modelled using both the finite element method (FEM) and the multi-body dynamics (MBD) approach, in which the rigid motions are obtained by using the MBD theory and the structure deformation is calculated by the FEM and the modal superposition method. The proposed model is applied to investigate the influence of the flexible vibration of car-bodies on the dynamics performances of train–track systems. The dynamics performances of a high-speed train running on a slab track, including the car-body vibration behaviour, the ride comfort, and the running safety, calculated by the numerical models with rigid and flexible car-bodies are compared in detail. The results show that the car-body flexibility not only significantly affects the vibration behaviour and ride comfort of rail carriages, but also can has an important influence on the running safety of trains. The rigid car-body model underestimates the vibration level and ride comfort of rail vehicles, and ignoring carriage torsional flexibility in the curving safety evaluation of trains is conservative.     

Interaction study of train-bridge-track systems using Maxwell model

The investigation of problems related to the interaction of train, bridge and track systems has been accelerated by the emergence of high-speed trains. Such studies are required, not only for the endurance issues regarding bridge and tracks, but to assure trains' functionality and performance. The suspension mechanism of train systems is of prime importance in defining the functionality of high-speed trains, and accurate mathematical models of the mechanism are imperative. This paper introduces a numerical technique for an interaction study of train-bridge-track systems based on Maxwell (three-element type) modeling of the suspension mechanisms of vehicles. Track irregularity in sinusoidal form is also integrated into the mathematical model. Although the proposed technique is simple in formulation, it offers phenomenal accuracy in representing the interaction of train, track and bridge systems. In a numerical example, the dynamic behavior of a train-bridge system has been studied. Results of this analysis provide a valuable insight into the contributing roles of different parameters in this subject.     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

武神旅游公路的设计理念和创新设计

结合武神旅游公路提出的"安全舒美、创新和谐"设计理念,阐述了景区旅游公路设计路线、路基、桥涵及生态景观等专业设计的特点。