重载铁路水冲受损桥墩适应性分析及加固控制技术

以受洪水冲刷的一座重载铁路浅基桥墩为对象，基于现场试验、数值模拟、在线监测等方法，研究大轴重运输条件下冲刷程度、荷载类型等因素对水冲受损桥墩刚度、稳定性和动力响应的影响。基于安全运营需求，提出一种实时监测+定期监测的加固施工安全监控方法，并开展实际工程应用研究。结果表明：冲刷引起墩台基础土体流失和约束降低，导致桥墩刚度减小、稳定性下降和振动加剧；随着冲刷深度增加，桥墩与主梁振动响应逐渐增大，桥墩自振频率逐渐降低；大轴重列车作用下，随着列车速度和轴重增加，桥梁振动响应逐渐增加，桥梁振动响应与列车速度、轴重均成线性关系。对结构振动响应和墩台变位进行加固施工安全监控，发现加固过程中基础开挖和冲击钻孔是关键施工控制环节，且导致了桥梁横向振动显著增加，而基础加固施工对桥墩结构横向振动影响较小，且各项施工内容对结构沉降、水平位移和纵向振动的影响相对较小。     

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.     

沪通长江大桥主桥风—车—桥动力响应研究

将轨道不平顺作为系统的内部激励,风载荷作为外部激励,考虑静风力和脉动风力,采用自编程序TYWTB建立车桥耦合系统动力学模型,进行不同风速激励下不同速度列车通过桥梁时的系统动力响应分析,并对车辆的安全性和舒适性进行评价。结果表明:随着风速的增加,车桥系统的动力响应增大,中跨最大垂向动挠度和横向动位移均出现在行车侧上弦;随着车速的增加,车桥系统的动力响应增大,桥上车辆的安全性和舒适性随车速的增加而降低;桥面风速等于或小于25m·s^-1时,160~250km·h^-1车速范围内车辆响应未超限值;当桥面风速达到30m·s^-1时,160~250km·h^-1范围内动车横向加速度均超限,拖车在车速250km·h^-1时轮重减载率超限,行车安全无法保证;由于沪通长江大桥桥梁对车辆受风面的遮挡,平均风速达到25m·s^-1时仍能保证车辆的运行安全和乘坐舒适,满足《铁路技术管理规程》的相关要求;沪通长江大桥铁路桥面采用了钢箱结构,增强了竖向、横向刚度和抗扭刚度,使得桥梁在风场和列车的共同作用下整体性能良好。     

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。     

福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥风-车-轨-桥耦合振动研究

为研究横风作用下泉州湾跨海大桥主桥的行车安全,基于风-车-轨-桥耦合振动分析方法,分析了横风作用下泉州湾跨海大桥主桥及桥上高速列车的动力响应,并根据既有规范评价标准,评价桥上列车的抗风安全性,提出了大风环境下桥上安全行车的风-车速阈值。结果表明：主梁跨中横、竖向动力响应随来流风速的增加而增大,尤其是主梁横向位移受来流风速的影响较为显著;列车动力响应随着车速的增加而增大,而高风速环境会放大车速对列车行车安全性的影响;与单线行车相比,双线列车作用主要影响桥梁的竖向位移,设计时速下约为单线作用的1.60～1.94倍,而车辆动力响应的变化较小;为保证桥上列车运行安全,当风速>20 m/s时,桥上行车需要限制速度,其中当风速<30 m/s时,建议关闭交通。     

城市轨道交通简支箱梁桥结构振动特性分析

研究目的:针对列车过桥时简支箱梁桥所发生的结构振动问题,本文总结分析以往利用SIMPACK软件建立的仿真模型,并基于多体动力学与有限元法,提出一种轮轨耦合仿真实现方法,据此建立城市轨道交通车桥耦合振动分析模型,进而从时域和频域两个方面对列车过桥时箱梁结构振动特性进行分析,以期为城轨高架箱梁桥的减振设计提供参考。研究结论:(1)列车以40 km/h的速度过桥时,箱梁翼板的竖向振动最强烈,其次为腹板,且箱梁的竖向振动较之横向振动更为剧烈;(2)列车速度增加不仅会增大箱梁的变形,也会使箱梁受到更大的冲击能量;(3)列车低速过桥时,40 Hz以下的低频模态对箱梁局部振动贡献较大;高速过桥时,基频模态对箱梁局部振动贡献最大,且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态,致使箱梁局部振动加强;(4)本文轮轨耦合方法不仅适用车桥间的耦合,也适用于车辆与大地或其他轨道结构间的耦合。     

横风环境下跨海大桥列车-桥梁系统耦合振动仿真研究

基于计算流体力学及弹性体在多体系统中的耦合理论,将计算流体力学、多体系统动力学及有限元结合起来,构建横风环境中列车-桥梁系统耦合振动的仿真平台,并以平潭海峡大小练岛水道斜拉桥为研究对象开展研究。列车-桥梁系统的气动模型构建采用局部动态层网格方法,计算列车-桥梁系统在不同风速和车速下的气动荷载。基于有限元方法和多体系统动力学方法建立列车-桥梁系统多体动力学模型,以时间激励方式施加气动荷载,仿真计算双线会车时不同风速和车速工况下列车-桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明:(1)随着风速的增大,桥梁主跨跨中竖向位移变化很小,而跨中横向位移显著增大,跨中竖向和横向振动加速度亦明显增大。风速和车速分别在30 m/s与300 km/h以内时,桥梁的挠度和振动加速度均能满足要求。(2)横风环境下列车在桥梁上运行时,头车的动力特性最为不利。随着风速和车速的增大,车辆的动力学指标均呈增大趋势。(3)列车行至桥梁跨中时轮重减载率出现最大值,两车交会时车体横向加速度发生突变且出现最大值,部分动力学指标不满足要求。(4)双线会车时,风速在10、20、30 m/s时的临界安全车速分别为296、256、147 km/h,临界舒适车速分别为166、150、106 km/h。     

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。     

重载运输条件下32m预应力混凝土简支T梁横向加固方法研究

随着我国重载运输的持续发展,列车编组增加,车辆轴重增大,运营密度增大,现役桥梁出现横向振动过大危及行车安全的现象。本文以朔黄铁路中比重较大的32 m预应力混凝土简支T梁+双线分离式桥墩+扩大基础的结构形式为研究对象,采用有限元分析结合现场实测的方法,对增加T梁横向联接刚度和桥墩横向刚度的加固效果进行了研究。结果表明:仅增加T梁横向连接刚度,使桥跨结构横向振动得到抑制,仅增加桥墩横向刚度,使桥跨和桥墩横向振动均得到有效抑制,且对桥跨横向振动抑制效果优于增加T梁横向连接刚度,采取同时增加T梁横向连接刚度和桥墩横向刚度的方法对桥跨横向振动抑制效果最优,对桥墩横向振动抑制效果略优于仅增加桥墩横向刚度。     

风—车—人群联合作用下浔江特大桥振动性能与舒适性评价

大跨钢箱梁斜拉桥具有频率低、阻尼小的特征,在风、车辆、人群等动力荷载作用下极易发生大幅振动,具有人行交通功能主梁的振动性能与舒适性评价是桥梁运营期普遍关注的问题。以在建的平容高速浔江特大桥(主跨636 m的大跨钢箱混合梁斜拉桥)为工程背景,通过桥梁动力响应时域理论分析,研究桥梁在风、车流、人群荷载联合作用下的振动性能、评价桥梁的振动舒适度,提出基于调谐质量阻尼器的舒适度提升措施。研究结果表明：1)在人群密度为1.5人/m²的人流荷载、4级道路服务水平等级交通流车辆荷载和5 m/s风速范围内脉动风荷载联合作用下,桥梁竖向加速度峰值小于1.0 m/s²,横向加速度峰值小于0.2 m/s²,满足EN03设计指南的CL2(中等)舒适度标准。当风速超过5 m/s时,风、车流、人群联合作用下的桥梁振动加速度峰值不满足中等舒适度标准。2)人致振动响应以2 Hz附近的竖弯模态为主,车致振动响应以低阶和高阶竖弯模态为主,风致振动响应以低阶竖弯、扭转和侧弯模态为主,根据风、车流、人群联合作用下的桥梁振动特征,提出采用调谐质量阻尼器提升第1阶...     

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。     

强风作用下列车过桥安全性评定标准探讨

基于轮轨滚动接触蠕滑理论和准定常抖振力,建立风-车-桥系统空间耦合振动分析模型并编制相应的计算程序。研究不同车速、不同风速下轻轨列车通过大跨度斜拉桥的走行性。结合列车走行特性,对列车各项安全性评定标准进行具体分析。研究表明将轮重减载率作为强风作用下列车运行安全性评定标准的是不合适的。建议将倾覆系数作为强风作用下列车运行安全性主要评定标准。     

中低速磁浮轨排结构动力性能试验研究

测试了中低速磁浮轨排系统在列车通过时的动力响应,获得了轨排结构在动力荷载作用下的自振频率、动应力、位移动力系数以及螺栓力。结果表明：轨排结构的竖向振动一阶频率和二阶频率分别为9.088 Hz和17.614 Hz,横向振动的一阶频率和二阶频率分别为6.426 Hz和17.614 Hz;轨排结构的横向振动与竖向振动相耦联,但并非是扭转振动所致;导轨和轨枕的应力变化与车速关系不明显;在所测车速范围内,位移动力系数随着车速的增加呈增大趋势。     

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。     

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。     

城市轨道交通薄壁槽形梁车桥动力特性试验研究

对城轨高架标准跨薄壁槽形梁桥进行现场测试,获得桥梁的频率、振型、阻尼比等自振特性,以及列车通过时桥梁的位移、振幅、应力、加速度响应和车体加速度的测试资料,对其进行的分析结果表明:梁体挠跨比小于规范限值,列车通过时没有发生共振现象,梁体竖向刚度满足要求;梁跨横向基频大于规范值,桥梁横向基频较小,墩顶横向振幅较大,梁体横向刚度满足要求,而桥墩刚度相对不足;道床板和腹板发生局部振动,当设计车速提高时,应注意行车线路和腹板的局部稳定性;梁体总体纵向弯曲动力系数小于规范值,而道床板局部横向弯曲动力系数远大于梁体总体纵向弯曲动力系数;桥面加速度在限值范围内,采用Sperling指标和ISO2631指标评判桥上列车乘坐舒适度均为优秀;薄壁槽形梁适用于轨道交通高架线。     

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。     

考虑轮轨蠕滑和轮对蛇行的车桥耦合振动分析北大核心

列车通过桥梁时,车桥系统将发生动力相互作用。选取轮对的横摆和摇头作为独立的自由度,根据轮轨接触几何学理论,给出轮轨间的相互作用力,从而建立了轮对及车辆的振动微分方程。利用结构分析的有限单元法,建立了桥梁结构振动微分方程。根据车辆和桥梁两个子系统之间力和位移的协调条件,把二者耦合起来求解。以主跨为300 m的铁路斜拉桥和DF4型内燃机车为例,利用威尔逊-θ法,模拟机车过桥的全过程,求解桥梁结构的动力响应规律。计算结果表明:桥梁结构的横向动力响应随车速的增加先增大后减小;车速对扭转振动的影响不明显,而偏载对扭转振动有显著影响。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

考虑轮轨蠕滑和轮对蛇行的车桥耦合振动分析

列车通过桥梁时,车桥系统将发生动力相互作用。选取轮对的横摆和摇头作为独立的自由度,根据轮轨接触几何学理论,给出轮轨间的相互作用力,从而建立了轮对及车辆的振动微分方程。利用结构分析的有限单元法,建立了桥梁结构振动微分方程。根据车辆和桥梁两个子系统之间力和位移的协调条件,把二者耦合起来求解。以主跨为300 m的铁路斜拉桥和DF4型内燃机车为例,利用威尔逊-θ法,模拟机车过桥的全过程,求解桥梁结构的动力响应规律。计算结果表明:桥梁结构的横向动力响应随车速的增加先增大后减小;车速对扭转振动的影响不明显,而偏载对扭转振动有显著影响。