既有线列车荷载下大悬臂转体桥动力响应研究

研究目的:随着我国“交通强国”战略的进一步推进,交通建设中交叉线路越来越多,转体桥梁的施工形式使用越来越频繁。转体桥梁广泛应用于跨越已有铁路的工程建设中,但目前对于转体桥梁在既有铁路列车荷载下的结构振动空间响应规律和传递机制的研究相对较少。本文以石嘴山特大桥(637号墩、638号墩)为依托,利用振动加速度传感器测试在仅球铰接触且大悬臂状态下,转体桥受普速列车荷载下结构响应数据,对转体桥梁结构的动态加速度响应、动态位移响应及加速度时程信号的振动希尔伯特能量谱进行分析。研究结论:(1)在既有线普速列车荷载下转体桥梁下承台要先于上承台达到竖向加速度峰值点,且其峰值大于上承台;(2)结构加速度幅值在转体桥梁梁体向梁端的传递过程中出现放大现象,且加速度时程曲线会出现“往复式”波动,表明振动波与固有频率发生共振,加速度响应峰值分布曲线在空间上呈“V”形对称分布;(3)桥梁梁端产生的动态竖向位移响应相对较大,梁体各测点的竖向位移响应峰值呈现“W”形对称分布;(4)转体球铰对振动波的中、高频段具有明显的滤波减振作用;(5)振动波在梁端出现了较为明显的驻波效应,且中、高频段的振动波衰减较快,低频段的振动...     

强风作用下超高层建筑施工安全有限元分析

以银川某伸臂桁架连接钢框架-钢筋混凝土核心筒结构建筑工程为例,采用有限元分析软件模拟建筑施工过程,考虑强风荷载作用对施工过程中结构的影响,通过有限元分析,得到最大位移与规范要求的位移限值对比结果、模型层间位移曲线对比以及模型层间位移角曲线对比,研究建筑安全性能。结果表明,风荷载作用不同模型所得层间位移及层间位移角均满足规范要求,说明结构安全性能满足要求,对比结果表明伸臂桁架提高了超高层建筑结构的抗侧移刚度。     

改进希尔伯特-黄变换方法在钢轨波磨检测中的应用

针对现有钢轨波磨检测方式检测效率低,检测精度不高而致使检测难的情况,提出利用Gocator传感器获得钢轨波磨检测数据,再通过小波变换和改进希尔伯特-黄变换对检测数据进行处理及分析的新方法.该方法以钢轨波磨检测数据为研究对象,首先,采用Gocator传感器获得钢轨波磨检测数据;然后,使用含噪信号与降噪误差比法,将因车体振...     

基于HHT、DBWT的无绝缘轨道电路补偿电容故障诊断

通过基于传输线理论的无绝缘轨道电路分路状态仿真模型,分析补偿电容断线故障对轨道短路电流的影响规律,利用机车信号感应电压包络与轨道电路短路电流的关系,提出基于机车信号记录信息的补偿电容故障诊断方法。该方法采用B样条离散二进小波变换对机车信号所记录的感应电压幅度包络信号进行降噪,再通过对Hilbert-Huang变换的改进,计算各IMF分量经逐级累加后的相位信息,最后利用相位卷绕,根据相位信息中突变点的分布变化和补偿电容状态的对应关系,实现对补偿电容的故障诊断。实验表明,该方法适应性较强,受轨道电路长度和道砟电阻等轨道参数影响很小,能够准确检测出轨道电路单一补偿电容的故障位置,并且由于该方法的分析数据直接来自于机车信号自身的记录器,不需要额外增加硬件和单独安排运行交路,因此能够降低检测成本和满足对检测及时性等方面的要求。     

基于车致振动响应的无缝线路温度力识别研究

无缝线路温度力过大会导致胀轨或断轨,现场需实时监测钢轨温度力。以钢轨在温度力作用下受到的车致振动加速度为研究对象,提出一种利用多元回归算法拟合温度力特征指标反向识别钢轨温度力的新方法。通过对温度力作用下车致钢轨振动加速度进行希尔伯特黄变换,提取钢轨加速度的HHT灰度时频直方图方差和边际谱在1 300～1 500 Hz内的瞬时幅值变化率作为温度力特征指标,将2指标分别输入到回归算法和灰色算法中,对比钢轨温度力识别误差。结果表明,钢轨所受温度力越大,识别结果的相对误差越小;利用多元回归算法识别温度力的平均识别误差可达到3.24%,相比于灰色预测模型降低了3.54%,为现场实时监测钢轨温度力提供借鉴。     

简谐环形荷载作用下饱和土体中圆形衬砌隧洞的动力响应研究

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解。与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响。     

基于希尔伯特-黄变换的铁路桥梁结构健康监测

桥梁结构健康监测直观检查法具有一定的局限性。新的基于希尔伯特—黄变换(HHT)的非破坏性桥梁结构健康监测方法,依赖于瞬变荷载测试和简便的数据收集,核心是近年来针对非稳态和非线性时间序列分析而新发展起来的HHT,由经验模态分解和Hilbert谱分析构成。该方法对桥梁结构健康性的最终判断依据是基于数据的非线性特征、自由振动和强迫振动的频率对比、桥梁对轻荷载及重荷载的响应。该方法的优点是:无需以前的数据,简便的数据采集,最少程度地干扰交通,以及细微差别的精确定量解释。工程实例的分析结果表明这种新方法应用于铁路桥梁结构健康监测的可行性。     

台风实测风谱及大跨度悬索桥风振响应的比较分析

对比分析了不同地区的实测台风拟合风谱模型与桥梁抗风设计规范的风谱模型的差异,并以东海某大跨度悬索桥为对象,运用谐波合成法对不同风谱模型的结构风场进行模拟,考虑桥梁结构的几何非线性效应和多种气动力荷载共同作用效应,由时域有限元计算方法比较了不同风谱下大跨度悬索桥风振响应。结果表明:基于实测的台风拟合谱和规范谱有着显著的差别,采用虎门桥址的16号台风实测模型和上海派比安台风实测模型计算的横向位移响应结果分别比规范谱的计算结果增大了29.6%和42.0%。对于大跨度悬索桥这样的柔性结构,低频段风谱的差异对结构响应的影响是显著的。     

基于小波的轨道不平顺和车体振动响应分析

通过选择合适的小波基函数,对轨道不平顺和车体振动加速度信号进行连续小波变换,以小波系数作为平顺状态评价指标进行轨道不平顺时频分析;同时,将小波尺度系数与车体振动加速度时程曲线进行相关性分析,可以提取对车体振动影响较大的特征频率(段)。研究结果表明:以上方法直观有效,可以很好地提取及定位轨道不平顺时频特征,并对车体振动加速度响应进行分析。     

基覆型边坡挡土墙抗震加固时频域响应试验研究

使用振动台对有无挡土墙基覆型边坡地震动响应进行了试验研究,并采用希尔伯特-黄变换方法分析了该类边坡的破坏机制和挡土墙的加固效果.结果表明:在地震过程中软弱夹层吸收了高频部分的地震能量,放大了低频部分能量,导致上覆堆积体和下伏基岩低频部分能量差异增大,从而加剧了软弱夹层的破坏;下伏基岩和上覆堆积体地震动响应不一致,裂缝逐...     

列车振动条件下古建筑群结构动力响应分析

为研究地铁列车振动对上方古建筑的影响规律,基于西安地铁4号线下穿和平门区段,建立不同行车速度组合工况有限元振动分析模型,用来分析和平门古建筑群的振动响应规律。并进行中国古建筑结构允许振动速度评价标准的比选、推导和确定,由结果可知:地铁单向或对向通过城墙时,不同车速对峰值位移几乎没有影响。城墙的峰值速度、加速度随着车速的增大而增大,在车速为80 km/h时达到最大。桥体在两种运行模式下的峰值位移、速度、加速度变化趋势与城墙相同,但最终值较大。综合比较,列车80 km/h对向行驶为最不利情况,此时城墙和桥体的速度、加速度分别为0.160,0.667 mm/s和0.679,2.998 mm/s~2。护城河桥的振动以竖直方向为主,而城墙在列车运营时主要呈水平方向振动。桥体的水平振动速度略大于城墙,且两者均小于容许水平振动速度,因此该地铁运营过程中可保证古建筑运营安全。     

悬挂式单轨轨道梁桥在列车制动力作用下的动力响应

以中唐悬挂式单轨试验线为依托,采用有限元软件建立结构模型,分别计算了3种列车制动力作用下轨道梁桥的动力响应.结果 表明:在列车制动力作用下,轨道梁梁端纵向位移和墩底剪力呈波浪式增大;列车在轨道梁上制动完成时,轨道梁在纵向呈衰减振动;列车制动力越大,轨道梁梁端纵向位移、速度、加速度和墩底剪力也越大,并且列车制动完成后的振...     

动态杂散电流的时频特征及腐蚀行为研究

城市轨道交通直流牵引供电系统中,部分走行轨回流电流泄漏至大地形成杂散电流,易导致埋地金属的电化学腐蚀问题。实际系统中多列车频繁启停使得杂散电流表现为典型的动态信号,时频特征的提取有助于研究其腐蚀行为。在建立杂散电流数学模型的基础上,通过S变换提取杂散电流的典型时频分布特征,并基于失重测试及电化学测试研究典型频率下杂散电流的腐蚀行为。实验结果表明,动态杂散电流的直流及低频交流分量均会影响金属的电化学腐蚀过程,且腐蚀速率随电流密度的增大及交流频率的降低而增加。     

上下近接地下结构在地震作用下的动力响应分析

在地震作用下,探究上下近接、最小竖向净距2 m——地下商场和地铁车站的危险截面和相互影响规律。结合地铁抗震规范相关要求确立该工程的6种计算工况,建立三维模型运用时程分析法进行计算得出:相比两个结构单独存在,上下近接组合形式的结构动力响应均发生了一定量的增幅;结构构件距两结构相邻面越近,动力响应的增幅越大。因此,两个结构相邻面是地震发生时的危险截面。上下近接的地下结构的相互影响规律和危险截面等结论对以后的设计、施工能起到一定的指导作用。     

地铁隧道洞壁振动时频特性分析

源强的合理确定是地铁环境振动预测及振动控制措施设计的关键因素。采用已通车线路的实测数据作为源强取值的参考是常用做法,但鉴于地铁振动的随机特征及各种线路的差异性,实测源强的统计学结果更具参考价值。基于国内某地铁隧道洞壁多次连续过车加速度时程数据,得出了具有统计学意义的洞壁振动时频特性:振动峰值加速度均值约2.5 m/s^2,强振持时约5.8 s,平均最大Z振级为64.7 dB;洞壁振动主要集中在中高频段,但高频振动经土层传播后迅速衰减而对结构反应影响小。振动加速度反应谱均值、峰值加速度均值、持时均值及振动波形包络参数均可用于人工合成具有统计意义的源强振动加速度时程。     

桩板结构路基的动力响应分析

桩板结构路基-无砟轨道结构是一种相对较新的结构。因此,结合变形控制条件对桩板结构的匹配和动力特性进行数值模拟分析是很有意义的。本文通过动力响应包括动变形、动应力和基面加速度等分析,讨论地基处理的范围和深度、桩端持力层的刚度等问题。研究表明,增大桩径和增大桩端持力土层的承载力或刚度均是降低变形的有效措施。根据断面竖向变形的影响范围,通过对承台两侧宽5 m、深10 m范围内的地基进行处理,对于减少变形是有效的。此外,本文提出的桩板结构-无砟轨道路基横断面尺寸可供设计参考。     

风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

根据桥梁结构动力学、车辆动力学、轮轨相互作用以及结构风振的基本原理，研究风、列车、桥梁构成的动力相互作用系统的振动机理。结合实桥的动力研究，建立风荷载作用下的列车和大跨度桥梁系统动力相互作用分析模型，研究桥梁在脉动风荷载和列车荷载同时作用下的振动特性，以及桥上列车受风荷载作用下运行的安全性和平稳性，从而得出风速、车速、桥型等多种因素对风-车-桥动力系统振动特性等影响的研究结论。主要研究内容如下。     

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。     

盾构穿越砂卵石地层建筑物施工技术措施

结合成都地铁盾构施工，介绍盾构在砂卵石地层穿越不同结构、基础所采用的技术措施。     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。