大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

风和随机车流下悬索桥伸缩缝纵向变形

为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形, 建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统; 基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统, 引入弹簧单元模拟伸缩缝, 并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法; 基于监测数据仿真重现了交通流荷载, 采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应, 获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系; 以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值, 评估了伸缩缝的正常工作寿命; 在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明: 伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm; 伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性; 在风与随机车流联合作用下, 风速小于15 m·s-1时, 影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流, 风速大于15 m·s-1时, 主要荷载因素为风荷载; 伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势; 当风速增大至20 m·s-1时, 风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍; 建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。      

考虑轨道不平顺降维模拟的车-轨-桥系统竖向随机振动研究

基于概率密度演化理论(PDEM)开展了车-轨-桥系统竖向随机振动研究。结合正交随机函数思想和数论选点理论,提出了轨道不平顺代表样本的降维模拟方法,通过2个基本随机变量实现了概率密度层次上随机激励代表样本的模拟;基于PDEM建立了车-轨-桥系统竖向随机振动方程,并进行了算例验证;探讨了车速对简支梁桥和CRH3、CRH2和ICE3三种车辆随机振动响应的影响。结果表明：受车桥共振影响,桥梁中跨跨中竖向位移的均值和标准差在车速425 km/h时均出现了最大波峰;桥梁跨中竖向加速度均值和标准差基本呈现随车速的增大而增大变化趋势;当轨道不平顺激励主频接近车辆竖向一阶自振频率时,车体的竖向位移响应最为显著;车速越大,轨道随机不平顺对车体竖向加速度响应的贡献越大。     

双层公路钢桁梁桥车桥耦合振动

为研究车桥耦合振动对双层公路钢桁桥冲击效应的影响,基于分离法,以车轮与桥面接触点为界,将车桥耦合振动系统分为车辆与桥梁2个子系统,分别采用虚功原理与有限元法建立各自的运动方程,并通过车轮与桥面接触处的位移协调条件及车桥相互作用力的平衡关系相联系,采用迭代法求解系统响应。以某双层公路简支钢桁梁桥为研究对象,应用ANSYS软件建立三维梁格有限元模型,分析了车速、桥梁阻尼、桥面平整度及不同加载模式对车桥耦合振动的影响。研究结果表明:车速与双层钢桁梁桥冲击系数之间没有规律性的函数关系;桥梁阻尼增大,能使钢桁桥杆件内力、位移冲击系数适当降低;桥面平整度是车桥耦合振动的一个重要激励,桥面状况越差则车辆振动越强烈,对桥梁的整体和局部产生的冲击作用越大;单双层加载模式的不同对桥梁整体的动力响应改变不大,但是对局部动力响应的影响比较明显,应在桥梁设计时考虑局部冲击效应的影响。     

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

新建蒙西华中铁路洞庭湖大桥3号墩基础围堰施工技术

工程概况 新建蒙华铁路洞庭湖大桥位于湖南省岳阳市．大桥全长10444．66m。主桥为（98＋140＋406＋406＋140＋98）m三塔钢箱钢桁结合梁斜拉桥,全长1290．24m（见图1）。主梁为钢箱钢桁结合梁结构．主桁采用内倾布置,上弦中心距12．0m,下弦中心间距14．0m。全联桁架为不带竖杆的华伦式桁架,     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

波浪作用下跨海大桥列车走行性研究

针对平潭海峡大桥所处海洋环境复杂恶劣、波浪会影响列车的安全性和舒适性问题,基于车-桥耦合动力仿真方法,利用自主研发的桥梁有限元软件BANSYS(bridge analysis system),分析了极端波浪荷载作用下车辆和桥梁的动力响应,讨论了波浪荷载重现期、车速、水深和桥墩刚度等因素的影响.研究结果表明:波浪荷载对车桥系统的响应影响显著,当波浪荷载重现期为50 a时,桥梁跨中横向位移超限;当波浪荷载较大时,波浪对列车走行性起主要控制作用,当波浪荷载较小时,车桥系统的动力响应对车速较为敏感;低桩承台方案可有效降低波浪荷载作用下桥梁和车辆的动力响应;桥墩基础采用常用的不同标号的混凝土对行车安全性和舒适性影响较小,车辆最大横向加速度相对变化幅值最高达3%.     

超高车辆撞击预应力箱型梁桥上部结构的动态响应

为揭示预应力箱型梁桥遭受超高车辆撞击下的损伤,将此类撞击的数字仿真与试验对比研究了箱型梁桥上部结构动态响应.运用LS-DYNA软件建立了精细化预应力箱型梁桥上部结构的三维分离式模型和车辆与桥梁上部结构的耦合模型,在汽车以80 km/h速度正面撞击桥梁时,研究桥梁、汽车的破坏损伤和桥梁整体位移,分析比较了车速分别为30、50、80 km/h时,桥梁上部结构遭受超高车辆撞击的动态响应.研究结果表明:质量较大的预应力箱型梁桥上部结构遭受超高车辆撞击时,桥梁整体损伤较小,应主要研究其局部破坏;撞击过程中车厢的形变会导致车-桥之间撞击形式由正面撞击向冲切撞击转变;车-桥碰撞力值和桥梁撞击区域位移值均与车速成正相关,当车速为80 km/h时的最大位移值为165 mm.      

泸州市长江六桥主桥合理刚度研究

确定桥梁的合理刚度是桥梁设计过程中的重要内容,以泸州市长江六桥为工程背景,基于汽车-轨道车辆-风-桥梁的耦合分析框架,以桥梁竖向和横向刚度变化时的桥梁响应、轨道车辆的走行性为评价指标,开展桥梁合理刚度的分析。结果表明:主梁-拉索竖向刚度的变化对轨道车辆影响最为显著;主梁横向刚度缩放系数减小时,轨道车辆舒适性先达到评价限值;主塔横向刚度缩放系数减小时桥梁横向响应变化和对列车的影响最为显著。     

大风区不同路堑结构中高速动车组的气动特性

建立长路堑路段高速动车组运行模型,通过数值模拟得到不同工况下动车组气动力,分析强横风环境下路堑结构对动车组气动特性的影响.研究表明:不同路堑结构中气动阻力均随风速和车速增大而增大,深路堑中动车组气动阻力约为浅路堑的2～2.5倍;在3 m深度的浅路堑结构中,动车组所受升力为正值,升力和横向力均随横风风速增大而增大;而在10 m深度的深路堑结构中,动车组所受升力为负值,升力随横风风速增大而增大,横向力随风速增大而减小;分析车速对气动力的影响:在浅路堑结构中,除阻力外,列车车速对其他气动力影响较小;在深路堑中,动车组气动力大小均随车速增大而增大,在相同风速条件下,当风速高于15 m/s时,车速每增大50 km/h,横向力和倾覆力矩增大约50%.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

地震作用下铁路双层结合钢桁混合刚构桥行车安全性

针对特殊地区地震作用下大跨度桥梁行车安全性问题，以某铁路某双层结合钢桁混合刚构桥为工程背景，建立了考虑材料非线性、切向摩擦与轮轨赫兹准确接触关系的列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型，并基于ABAQUS-Python软件二次开发，实现了钢轨随机不平顺的施加；选取EL Centro地震波为输入波，分析了强震作用下双层结合钢桁混合刚构桥的损伤演化规律，计算了不同地震强度、不同车速下列车脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度等动力响应指标，分析了关键参数对地震作用下桥上行车安全性的影响规律，提出了该混合刚构桥基于行车安全性能的车速限值。研究结果表明:在罕遇地震作用(0.38g)下，桥梁各构件均出现不同程度的塑性损伤，桥墩破坏区域较大，震后桥梁仍具有一定的承载力；震时列车脱轨系数随地震强度增大而显著增大；车体最大振动加速度与地震强度近似呈线性增长；列车轮重减载率是控制行车安全的关键指标，其峰值与车速呈正相关；当车速为200 km·h-1，地震强度大于0.10g时，列车轮重减载率存在超限情况，列车在下桥时会出现长时间轮轨分离现象；从行车安全性的角度，在设计地震作用0.20g时，安全车速为160 km·h-1。      

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区（含隧道口、过渡段及桥台）开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.      

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

城市桥梁被车辆撞击后损伤分析

通过研究城市桥梁中当桥墩在重型车辆撞击下的受力状态及车-桥的碰撞机理,采用有限元软件ABAQUS对3种不同车速车辆垂直撞击桥墩的情况进行了模拟分析。分析表明:桥墩被撞击位置处的应力先随时间的增加而增大,达到最大值时,既又随之减小,符合混凝土的弹塑性破坏;并且车速越大,桥墩局部达到的应力及位移也越大。     

50m简支T梁桥行驶舒适性多因素评价及提升研究

佛山市某50 m跨径预应力混凝土简支T梁桥存在车桥耦合振动现象,影响行车的舒适性。通过对该桥进行试验研究,分析车速、车重及桥面平整度对桥梁动力响应和舒适性的影响,发现车速、车重和桥面不平整度的增大会使行人和行车的舒适性降低,但车重增大,冲击系数反而降低。利用有限元软件建立车桥耦合模型,确定采用将简支梁桥改造为连续梁桥的方案,该方案能有效降低主梁动力响应,提高行驶舒适性,有助于指导后续类似桥梁改造。     

大跨度斜拉桥的公路车桥风耦合振动研究

在横向风荷载的作用下,桥梁会产生风荷载本身引起的动力响应,且风荷载会对车桥系统耦合振动起到激励作用,使车桥系统的动力响应明显增大。结合工程实例,把车、桥、风作为一个整体耦合振动系统,车辆荷载采用随机车流分布荷载,对车桥系统在风速不相等的风速场里的振动响应进行分析与评价,并对桥上汽车进行了动力响应分析和评价。