小半径反向曲线桥梁车致振动试验研究

结合宁波北站铁路枢纽东疏解线新建小半径反向曲线桥梁动载试验,阐述列车通过曲线桥梁的耦合振动分析理论,根据实测结果对桥梁结构横向自振频率、横向和竖向加速度、横向振幅与位移进行分析,评定列车通过该小半径反向曲线桥梁的运营性能。根据试验分析结果,对小半径反向曲线上桥梁动力特性的理论分析进行验证和比较,提出桥梁有限元模型中基础刚度计算修正的建议。然后,根据修正后的桥梁计算模型,进一步对本桥车桥耦合振动响应进行数值分析,提出货运列车通过该桥梁的合理运行速度及相关建议。     

反向曲线铁路桥梁车桥耦合动力分析研究

研究目的:铁路桥梁设在反向曲线上时,相关规范要求需进行充分论证。本文以某车站扩能改造工程中由于受到地形条件限制而设计的反向曲线铁路桥梁为例,采用MSC.PATRAN和ADAMS/RAIL分析软件,分别建立完整的桥梁和列车三维空间模型,分析CRH1动车组在不同车速条件下通过该桥的车桥耦合振动情况。研究结论:(1)通过对桥梁各跨的纵、横向位移,加速度以及脱轨系数、轮重减载率、车体加速度、Sperling舒适性指标等动力性指标计算结果的分析可以得到:CRH1动车组以70~90 km/h速度通过该反向曲线铁路桥梁时,车辆的脱轨系数和轮重减载率随着车辆的行驶速度增加而增加,桥梁各跨的竖向和横向振动位移较小,桥梁竖向和横向振动加速度小于规范规定的限值;(2)该桥梁具有较大的纵、横向刚度,满足列车运行的安全性及舒适性要求;(3)由于受到地形条件限制而设计的反向曲线桥梁方案是可行的;(4)本研究成果能够为位于反向曲线的铁路桥梁车桥耦合振动研究提供参考。     

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.     

转K6转向架直线运行性能研究

借助于SIMPACK动力学分析软件,充分考虑货车的各种非线性因素,建立转K6转向架货车动力学模型,运用此模型分析转K6转向架货车的直线运行性能。结果表明：转K6转向架货车在直线线路上运行时的非线性临界速度为131km/h;车体横向振动加速度随速度提高呈线性增加,垂向振动加速度随速度提高呈非线性增加;在速度不大于80 km/h时,车体的横向和垂向振动加速度均没有超标,车体的横向和垂向平稳性指标值均小于3.5。     

小半径曲线段槽型梁桥车致振动响应测试分析

研究目的:合肥铁路枢纽环到线特大桥位于半径为300 m的曲线上,其34~#～35~#墩桥跨上跨淮南铁路上行线,为减小结构建筑高度,采用32 m跨径单线简支槽型梁,以直代曲设计;列车运行在曲线尤其是小半径曲线区段桥梁上,在离心力作用下,车辆和桥梁的横向振动加剧,扭转效应突出,而槽型梁为开口截面,其抗扭刚度相对闭口的箱梁较低;另一方面,曲线通过时,轮对的横移量增大,车轮轮缘向外轨贴靠,使得轮对横向力和脱轨系数增大,且未被外轨超高所平衡的离心力又增大了轮对的减载率,容易导致列车脱轨事故发生。因此,为确保列车安全、平稳运行,并揭示小半径曲线段槽型梁桥的动力性能,对小半径曲线段单线槽型梁桥的车致振动响应进行测试分析。研究结论:(1)槽型梁桥实测竖、横向基频均大于有关规范给定的竖向自振频率限值和实测横向最低自振频率通常值,该槽型梁桥的横向刚度主要由其基础刚度控制;(2)该桥结构刚度能够满足C62货车以不高于设计时速40 km安全运行的要求;(3)曲线段槽型梁桥的横向振动响应由离心力作用产生的结构横向静态响应和车桥耦合引起的横向振动响应两部分组成;(4)本研究成果可供曲线段铁路桥梁的设计和管养以及列车与曲线段桥梁系统耦合振动机理分析参考。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

芜湖长江大桥裕溪河桥车桥耦合振动分析

采用空间杆系有限元方法,建立芜湖长江大桥裕溪河2×80 m连续钢桁梁桥的动力分析模型。计算得到其横向基频为2.097 Hz,与实测值1.95 Hz吻合良好,且满足现行《铁路桥梁检定规范》相应限值1.125Hz的要求。运用车桥空间耦合振动理论对该桥在实际运营列车作用下的车桥动力响应进行计算与分析,结果表明,在空载及空重混编货物列车以速度50~80 km.h-1通过时,桥梁的横向振幅达到4.5~8.1 mm,与实测值4.6~8.4 mm吻合良好,但超出《铁路桥梁检定规范》的限值,而脱轨系数小于0.8,轮重减载率小于0.6;当通过速度在70 km.h-1以下时,机车车辆平稳性达到“良”或“合格”。因此,该桥能够满足空载及空重混编货物列车以70 km.h-1及以下速度通过。     

铁道车辆弹性车体动力吸振器减振分析

为了抑制铁道车辆车体弹性振动,提出在车体底架下安装动力吸振器的方案.将车体视为均质欧拉梁,建立包括结构阻尼和动力吸振器的刚柔耦合垂向动力学模型.采用平稳性快速算法,研究动力吸振器对抑制车体弹性振动的作用.以高速客车为例进行计算分析,结果表明:优化设计的动力吸振器可以有效控制车体弹性振动,而且动力吸振器的质量越大,减振性能越好;当动力吸振器的质量为1000kg、车体垂向一阶弯曲频率低至6.5 Hz时,对于时速达250 km·h-1的高速客车仍可实现优良的运行品质.     

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.     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

地铁小半径曲线对轨道状态及车体振动影响研究

地铁小半径曲线与车体振动、舒适度及轨道状态关系密切,文章通过对广州地铁各曲线进行长期试验研究,分析小半径曲线与轨道状态、车体振动、行车舒适度的关系以及演变规律。研究结果表明,车辆通过小半径曲线时,行车速度越大,车体横向加速度越大,乘客舒适度越差;曲线半径越小,乘客舒适度越差;通过小半径曲线与其他曲线、直线的轨道质量指数(TQI)对比发现,曲线的半径越小,TQI越大,轨道状态、轮轨接触关系越差。最后提出通过小曲线的速度建议。     

悬挂式单轨列车通过曲线段的动力性能

基于多体动力学理论和模态叠加法建立了悬挂式单轨交通系统车桥耦合动力学模型,分析了轨道梁布置方式、曲线半径和跨度对车桥动力响应的影响。分析结果表明:列车通过单线桥曲线段时,不同轨道梁布置方式对车桥动力响应影响显著,单线桥曲线段轨道梁布置在曲线内侧可同时降低车辆和桥梁结构的横向位移;轨道梁跨中横向位移随跨度和曲线半径增大而增大,导向轮径向力可抑制轨道梁因受车辆重力作用产生的横向变形;为减小车辆与桥梁结构的横向位移,悬挂式单轨交通系统小半径曲线段桥梁跨度宜为15 m。     

轮轨润滑对40m半穿式钢桁梁横向拍振抑制效果的试验研究

中等跨度单线钢梁在货车提速至60km*h-1以上时横向出现拍波振动,这是货车提速中钢梁出现的一个普遍性问题,是货车转向架在临界速度下横向出现摆振、且摆振频率与钢梁横向有载频率相接近的结果.抑制这种拍波振动的关键在于降低这两种频率段相重合的概率,而由于钢梁主板或主桁间距的固定不变,普通的横向加固措施抑制这种拍波振动的效果并不显著.本文根据轮轨摩擦与车辆横向振动性能的相关性原理,通过实桥(沪杭线桥78A、40m半穿式单线钢桁梁桥)轮轨润滑前、润滑后货车作用下桥梁横向振动的实测对比分析,定性与定量地证明了轮轨润滑对该类桥梁横向拍波振动起明显的抑制作用,其作用机理是轮轨润滑使得货车转向架临界速度向后延迟,消除了润滑前转向架横向在该速度下将要出现的摆振激励,也就消除了车-桥系统在该速度下横向振动起拍的可能.这对货车转向架横向摆振的深入认识、探索铁路桥梁横向减振的新思路、深化车桥横向分析理论具有重要意义.     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。     

提速列车与曲线轨道的横向相互动力作用研究

基于机车车辆—轨道耦合动力学理论,仿真计算典型的提速机车车辆通过不同曲线轨道时的轮轨动态横向相互作用性能指标,包括提速客货列车通过山区铁路小半径曲线强化轨道、160 km.h-1提速客运列车及120 km.h-1提速货运列车通过不同半径曲线轨道。根据现行动力学性能评定规范,对轮轨相互作用性能指标进行了综合评估分析。理论分析结果表明:提速后列车通过曲线轨道时轮轨横向动态相互作用加剧,动力性能指标的最大峰值均出现在圆曲线上,并且客运机车车辆的曲线通过性能接近,货车车辆的曲线通过性能要优于货运机车的性能。为了确保列车提速后的行车安全性,山区铁路的小半径曲线轨道须采取加强措施,提速客运列车以160 km.h-1和提速货运列车以120 km.h-1速度运行时的最小曲线半径分别取1 400 m和1 000 m。     

不同轮轨型面匹配对车桥耦合系统振动的影响

为研究不同轮轨型面匹配在车桥耦合系统的动力响应,结合32 m铁路简支箱梁,在Ansys中建立桥梁模型,在Simpack中建立车辆模型,考虑LM和LMA两种车轮踏面计算车桥耦合系统的动力响应,并用桥梁的位移、加速度和车辆的平稳性等指标进行评价。研究结果表明:在相同的速度下使用LM踏面比使用LMA踏面的车桥耦合系统的动力响应要大,尤其是在车辆横向动力方面,如车辆横向加速度、轮轴横向力、车体横向平稳性等;随着速度的增大使用LMA踏面比使用LM踏面减小车桥耦合动力响应的效果更好,有利于提升车辆的舒适性和桥梁的安全性。     

既有线钢桁梁桥横向刚度加固技术

对提速线路上5座不同跨度横向振幅严重超限的单线钢桁梁的车桥耦合振动进行分析,提出通过加强下弦杆和上、下平纵联斜杆的加固方案,并据此实施加固。桁梁加固前后理论计算和动力测试结果的分析与比较表明,加固后的桁梁自振频率得到明显提高,跨中横向振幅大幅降低,各项动力特性指标均已满足《铁路桥梁检定规范》所规定的允许值,列车的脱轨系数Q/P和轮重减载率ΔP/P也小于《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》(GB5599—85)所规定的限值,加固后各孔桁梁的横向刚度和动力特性已满足货车80 km.h-1、客车160 km.h-1的安全运行要求,且加固费用大幅度降低。     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

基于空簧悬挂特性的高铁车辆垂向振动舒适性对比研究

在对车辆振动舒适性进行型式试验和仿真分析的基础上,以拖车为对象,研究空簧悬挂对车辆垂向振动舒适性和地板振动的影响.对车辆的多体系统仿真结果表明:采用德系空簧时车辆的垂向振动舒适性较使用日系空簧时提高了约10％;而在德系空簧辅以二系垂向减振器的组合悬挂下,车辆的垂向振动舒适性介于使用德系空簧与日系空簧之间.对车辆的刚柔耦合仿真表明:当车辆以不低于300km· h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的高频垂向振动主要为转向架上方的局部模态振动,而且随着速度的降低,其振动能量逐步减小或消失;车体地板中部的振动是以1阶和2阶垂向弯曲模态振动为主的中频振动,并且与二系悬挂形式关系不大;当车辆以低于300km·h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的垂向振动主要是低频振动,并且与二系悬挂方式有较强的相关性;增设二系垂向减振器后,虽然可以弥补德系空簧低频性能的不足,但有可能因高频阻抗过大而造成1阶垂向弯曲模态振动的增强.