主桁整体可展铁路抢修梁研究

为解决既有铁路梁部抢修器材承载力低、通车速度慢、拼装效率低、存储运输不便等问题，进行主桁整体可展的铁路抢修梁研究。根据可展结构的特点，该抢修梁通过杆件与销轴的配合连接，使其主桁构架形成平行四边形多连杆可变机构，从而实现折叠与展开；整孔抢修梁由可展桁架构件、Z型或L型端构架、平纵联等模块组成，不同数量可展桁架构件与对应的端构架拼组可使抢修梁适应不同跨度、梁高、荷载类型的抢修工况；运用ANSYS软件和多体动力学软件UM进行该主桁可展抢修梁静力、模态以及动力响应分析。结果表明：抢修梁跨中上弦杆、梁端内斜腹杆、梁端销轴对抢修梁的安全性起控制作用；抢修梁静力和动力响应均随主桁片数的增多而逐渐降低，多片主桁组成的抢修梁更安全；抢修梁自振频率随主桁片数的改变而变化；抢修梁横向抗弯刚度较弱，增加主桁片数可提高抢修梁的横向和扭转自振频率，但对竖向自振频率提高不明显；抢修梁和车辆响应均随车速的提高而非线性增大，二者的响应共同决定抢修梁最大容许通车速度，增加主桁片数可提高抢修梁的通车速度。     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

常用跨度无砟轨道铁路桥梁动力性能试验研究

通过遂渝线常用跨度无砟轨道铁路桥梁的动力性能试验,测试CRH2型动车组和120 km.h-1速度等级试验货物列车通过时的24和32 m预应力混凝土箱梁的自振特性和动力响应。试验结果表明,24和32 m箱梁可以满足这2种列车通过桥梁时的安全性要求;梁体的竖、横向自振频率符合相关规范要求。在这2种列车作用下,梁体跨中挠跨比、挠度动力系数、跨中横向振幅、跨中竖横向加速度、墩顶横向振幅、梁端转角、支座横向动位移、梁缝两侧钢轨支点的竖横向相对位移均符合相关规范要求,但是部分测点的梁体应变动力系数超出设计规范要求。梁体竖横向阻尼比和跨中竖向振幅也均正常。实测24,32 m箱梁跨中挠跨比分别为1/11436和1/12 386,但设计规范值和设计采用值只有1/1 200和1/4 000,且梁端转角只有规范要求的1/10左右,由此可见梁体竖向刚度设计过于保守。     

既有线32 m下承式钢板梁加固方案的车-桥动力仿真分析

为配合沪宁线250 km·h-1提速改造工程,运用车桥耦合振动方法,从车辆和桥梁动力响应角度,对一挠跨比、跨中梁体横向振幅及横向加速度均超过<铁路桥检规>通常值的32 m下承式钢板梁进行加固方案比选.车-桥仿真计算结果表明:加强主梁可以明显提高桥梁的竖向刚度和横向刚度,降低车辆的轮重减载率和车体垂向加速度;增加横向连接系措施可以降低桥梁横向振动加速度;当车速超过220 km·h-1时,可降低车辆的脱轨系数;2种桥梁加固措施几乎不改变车体横向加速度;同时采取加强主梁和增加横向连接系的不同加固方案的效果相差不大.加固后的现场试验表明,该桥的竖向刚度提高明显,比加固前提高约50%,桥梁和车辆的动力响应也均满足相关规定,能够保证提速条件下列车运营的安全性、舒适性和平稳性.     

高速铁路分片式槽形梁设计研究

综合考虑铁路建筑限界、桥面横向布置、戈壁大风区桥梁施工条件、列车运营安全等因素,兰新高速铁路百里风区桥梁采用了并置16 m分片式槽形梁的设计方案。通过纵向整体杆系结构及空间三维实体有限元整体性分析,研究槽形梁的空间受力特性;通过风-车-桥耦合动力模型计算,分析槽形梁上高速列车运行安全性及平稳性。结果表明:槽形梁纵向按照全预应力构件设计、横向按照钢筋混凝土结构设计的理念可行;通过合理布置钢筋能够有效满足U形梁的抗扭承载能力;桥梁的振动性能良好,具有足够的竖向和横向刚度,能够满足高速铁路桥梁250 km/h运行时的安全性和舒适性要求。     

铁路钢桥横向刚度限值分析

根据对发生过脱轨事故桥梁的分析,得出桥上列车脱轨的主要原因是桥梁横向刚度不足。多起桥上列车脱轨事故表明:现有铁路钢桥横向刚度限值不能预防列车脱轨,原因是现有桥梁横向刚度限值分析方法不能分析桥上列车走行安全性。基于列车脱轨能量随机分析理论,提出新的铁路桥梁横向刚度限值分析方法。具体步骤是:建立具有安全系数的预防脱轨条件,确定在设计车速下预防脱轨的桥梁横向刚度限值,代入此值检算桥上列车走行平稳性与舒适性。该方法确定的桥梁横向刚度限值既能保证列车平稳舒适运行,又可防止脱轨。运用此方法,制定的提速线32和40 m上承式钢板梁桥的横向刚度限值分别是主梁中心距为2.36和2.55m,提速线3×80连续钢桁梁桥的横向刚度限值是主桁中心距为6.61 m。     

考虑风屏障影响的大跨度铁路悬索桥横向挠跨比限值研究

为研究风屏障对大跨度铁路悬索桥横向刚度的影响,以某主跨1 060 m的铁路悬索桥为例,采用风洞试验测试车桥系统气动特性,通过改变加劲梁横向截面惯性矩实现不同的横向刚度,采用风-车-桥耦合振动分析方法,研究大跨度铁路悬索桥的横向挠跨比限值,讨论风屏障高度、车速及桥梁跨度的影响,在考虑激励随机性影响的基础上按规范加载条件得到桥梁横向挠跨比限值。结果表明：车速越高,桥梁跨径越小,横向挠跨比限值越严格;在不同跨度和车速条件下,风屏障均可提高横向挠跨比限值,其中设置3.5 m高度风屏障时,横向挠跨比限值可提升约9%,且当车速为200 km/h时,横向挠跨比限值可取为1/1 200。     

博士学位论文摘要中小跨度铁路桥梁横向振动模拟及适应快速行车结构形式的研究

现代社会的进步、经济发展和人民生活水平的提高对交通运输质量(快速、安全、舒适)提出了更高的要求,为了适应这一需求,近年来我国铁路实施了分批分级的提速计划.客运由100 km*h-1逐步提速到120 km*h-1、140 km*h-1、 160 km*h-1、200 km*h-1,与此同时,货运由50 km*h-1 逐步提速到60 km*h-1、80 km*h-1、100 km*h-1.并正在实施快速和高速客运专线(200 km*h-1～300 km*h-1)的建设.而我国既有线上桥梁大多数为中小跨度(20 m～40 m)简支PC T梁和钢板梁,这些过去不同时期建造的桥梁,当初设计时列车速度不高,当时的规范也未对列车通过桥梁的走行性评定做出规定.在提速中发现空载货车在以大于60 km*h-1速度通过中小跨度桥梁时,桥梁发生了较大的横向谐振,特别是上承式钢板梁,最大横向振幅达12 mm.在客车以大于160 km*h-1速度通过这些桥梁时,横向振幅也大于<桥检规>参考限值.因此,如何通过仿真分析再现桥梁动力响应的理论研究,如何改造既有线桥梁使之满足提速后列车走行性的要求,以及研究适合快速和高速客运的桥梁结构型式,是我们今后的长期任务.     

京张高铁应急抢修简支钢-混结合梁设计应用

我国高铁常用跨度梁使用量巨大,但既有的铁路抢修钢梁行车限制速度低,已无法适应高速铁路运行的需要。京张高铁官厅水库特大桥32 m简支钢-混结合梁以打造京张智慧高铁为契机,采用高铁应急抢修梁方案,同时通过设置梁侧牛腿和横向限位装置,达到了协调主、引桥横向变形的目的。针对应急抢修简支钢-混结合梁的结构构造、节段组装、主要计算结果、结合梁安装等内容进行详尽介绍,并对其技术特点进行总结。该桥的建成为高铁应急抢修梁的设计与应用积累了一定的经验,并为今后进一步深化高铁应急抢修梁的研究、开展高铁应急抢修梁相关标准设计工作奠定了基础。     

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。     

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.     

基于风车桥耦合的高速铁路独塔斜拉桥速度参数及基础刚度阈值管理

西南地区由于地处板块交界、地质灾害易发,多高山深谷、大江急流,桥墩基础受水流冲刷、盐碱腐蚀、地震破坏等造成基础约束能力下降等问题。针对西南地区高铁建设中,横风激扰并伴随基础刚度下降对列车过桥影响进行分析,基于多体动力学方法利用SIMPACK/Rail搭建CRH3型高速列车子模型,基于有限元方法利用ANSYS/APDL搭建斜拉桥子模型,并利用确定界面模态综合法搭建车-桥耦合模型。以此研究列车过桥振动、墩台基础刚度下降、桥墩横向刚度下降、脉动风加载、不同车速、不同风速对列车走行安全平稳性的影响特性及其阈值。结果表明：列车驶过斜拉桥易激起桥面/车辆1 Hz以下低阶模态;脉动风在原条件基础上使得桥面、轮轨、车体振动响应进一步加剧,1～2 Hz低频振动被激起;车辆动力学指标峰值均随平均风速及车速的增大而增大,车速为150,200,250 km/h时,风速阈值为27.5,23.5,17.5 m/s;墩台基础横向刚度下降对列车走行性影响不明显,但当其发展至90%以上,桥梁响应急剧增加会严重影响列车运行安全;车、桥横向振动响应随着桥墩横向刚度下降而迅速增大,预设风速10 m/s条件下,车速为150,2...     

超大跨度铁路桥梁列车加载长度研究

加载长度对千米级超大跨度桥梁截面尺寸及造价投资起重要作用,需对主跨或主桥联长大于1 km以上的桥梁列车加载长度分析。通过研究,拟找到中-活载及ZK荷载等不同荷载形式下超大跨度桥梁荷载合理加载模式。研究结论:城际铁路及客运专线可按照450 m加载长度加载,普通客货共线铁路及货运专线加载长度根据本线的货车编组情况,可按所设计到发线有效长度作为超大跨度桥梁加载长度;对于主桥联长小于3 km的桥梁,全桥范围内可仅采用1个加载长度加载。     

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。     

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。     

城市轨道交通连续刚构桥车桥耦合动力分析

采用23个自由度的多刚体车辆动力分析模型、空间梁单元模拟桥梁结构,据位移协调原理,建立了广州市轨道交通四号线四跨变截面连续刚构特大桥沙湾大桥车桥耦合时变动力分析模型,并将轨道的竖向不平顺和方向不平顺作为系统的激振源,编制程序计算地铁列车通过时的车桥耦合振动响应。计算结果表明:在地铁列车常用编组和运营条件下,车辆与桥梁的振动响应随着列车速度的提高而缓慢增大;列车舒适性与安全性各项指标均能满足要求;桥梁具有足够的竖向刚度与横向刚度,所得结果可供设计参考。     

重载运输条件下桥梁横向振动控制措施

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,现役部分桥梁出现不同程度横向振动超限现象,对行车安全造成一定影响。以朔黄铁路4种典型墩梁体系为研究对象,对墩梁体系横向振动控制技术进行研究。结果表明:桥墩横向刚度对桥跨结构横向振动影响较大,对墩梁同时进行加固在控制桥跨结构横向振幅、提高桥梁整体横向刚度方面效果明显。     

《地铁设计规范》问与答(26)

答：表9．1．5主要针对连续多跨中小跨度桥梁，是为了确保列车通过时的舒适，也为了控制预应力混凝土梁的后期徐变。对于较大或大跨度的桥梁可不受此条的限制。参照《京沪高速铁路设计的暂行规定》，L〉80m的较大或大跨度桥，竖向刚度限值可采用L/1000，对特大跨度的桥梁还可降低，另用梁端折角控制更合适。     

横向振幅超限桥梁上的列车运行安全性分析

采用车桥系统空间振动计算模型,基于列车脱轨能量随机分析理论,对京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥、京通线烟囱沟桥及东沟桥、京广线颖河桥等4座横向振幅超限桥梁的列车运行安全性、舒适性及平稳性进行计算和分析。结果表明:南京长江大桥128 m简支钢桁梁桥允许货物列车以80 km.h-1及以下车速通过;在烟囱沟桥,货物列车宜限速50 km.h-1运行;在东沟桥,货物列车宜限速60 km.h-1运行;在颖河桥,货物列车可以按设计车速(80 km.h-1)及以下速度运行。研究结果已分别被上海、沈阳及郑州铁路局采纳。