提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

中低速磁浮交通工程低置结构技术标准研究

研究目的:本文以我国首条具有完全自主知识产权的中低速磁浮交通工程——长沙磁浮快线为依托,采用理论分析、静动力数值仿真分析、现场试验等综合手段,对中低速磁浮交通工程低置结构的技术标准开展系统研究,提出中低速磁浮交通工程低置结构相关设计标准.研究结论:(1)中低速磁浮交通工程低置结构应由"凸"字形承轨梁及梁下路基两部分组成...     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

中低速磁浮承轨梁结构选型研究

研究目的:我国已开通运营两条中低速磁浮系统线路。相比长沙中低速磁浮线,北京中低速磁浮S1线采用桥上承轨梁结构,是该种结构形式在国内的首次工程应用。为指导类似工程的承轨梁结构设计工作,本文通过对承轨梁断面形式、纵向长度、荷载类型、受力特性等方面的研究,提出适用于桥上双线的承轨梁结构型式及结构配筋计算,以期为承轨梁结构设计提供依据。研究结论:(1)考虑接触轨、承轨台、轨排布置、限界要求等因素,承轨梁采取门型结构型式;(2)其纵向长度根据接触轨授流可靠性及"以直代曲"要求确定,以沿线路纵向长度2.9 m的结构为主要铺设类型;(3)根据承轨梁结构型式的荷载分类以及不同工况下的受力分析,提出了桥上承轨梁结构配筋方式,可为类似工程设计及建设工作提供参考和依据。     

中低速磁浮低置结构-地基系统动力响应分析

低置结构是中低速磁浮交通工程重要组成部分，但当前针对其动力特性的研究较少。为此，提出一种轨道梁浇筑于悬臂式挡墙底板上的新型低置结构，开展现场试验并依据现场工况建立低置结构-地基系统数值模型，分析低置结构自振特性及磁浮荷载下该系统垂向动力响应。结果表明：新型低置结构1阶自振频率为48.88 Hz；磁浮列车以100 km·h—1通过时，新型低置结构竖向加速度范围在0.24～0.33 m·s—2之间，其下方地基中桩间动土压力在3.1～4.8 kPa之间，桩顶动土压力在17.6～19.0 kPa之间，桩土应力比在3.97～5.67范围内；磁浮列车加载频率考虑车厢间隙和悬浮架间隙加载2种模式，100 km·h—1车速下车厢间隙加载频率为1.9 Hz，易引起复合地基表面的显著振动，悬浮架间隙加载频率为10.3 Hz，该加载频率及其整数倍易与低置结构自振频率接近从而产生共振效应。新型低置结构-地基系统在磁浮荷载作用下动力响应远小于规范控制值，采用现有的规范设计低置结构过于保守，存在较大的优化空间。     

新型磁浮交通路基沉降变形现场监测及数值模拟

依托北京市中低速磁浮交通示范线,提出悬臂式挡土墙、U形槽、U形槽组合顶板3种适用于中低速磁浮交通的新型路基结构。该路基结构上承小型分节式承轨梁,下部采用旋喷桩或素混凝土桩进行地基处理,共同构成中低速磁浮交通新型路基及低置型承轨梁台结构系统。通过在代表性断面预埋单点沉降计、沉降观测标、土压力计,开展现场静力学试验。此外,建立三维有限元模型,验证地基处理、新型路基结构、承轨梁台结构的科学性及有效性,并揭示中低速磁浮交通路基结构静力学行为规律。研究结果表明,路基结构的总沉降值为2～5 mm,远低于规范要求。沉降主要发生在施工期间,静置期基本不发生沉降,并且路基压缩主要发生在复合地基加固区。     

中低速磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动仿真分析

以长沙中低速磁浮列车和25 m跨径简支梁为对象,建立包含完整悬浮控制系统和细致轨道结构的磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动模型,编制数值仿真程序,计算车辆以80 km/h速度通过不平顺线路时车轨桥耦合动力学响应,利用已有文献测试结果初步验证仿真模型。结果表明,车体的垂向振动很小,悬浮间隙波动量不超过0. 6 mm,最大动态悬浮力占额定悬浮力的24%,中低速磁浮车辆运行平稳,电磁铁动荷载系数低。桥梁跨中垂向挠度为2. 66 mm,小于磁浮简支梁挠跨比设计限值;跨中轨缝处F轨最大垂向位移为3. 04 mm,其中包含轨排自身弹性变形产生的0. 4 mm垂向位移,约占F轨总位移的13%。梁端和跨中处伸缩接头很好地限制F轨端部变形,但F轨端部垂向加速度幅值超过2g,约为中部的4倍,这对F轨伸缩缝连接副提出较高要求。     

列车荷载作用下中低速磁浮轨道动力响应试验研究

参考高铁及城市轨道交通的相关试验方法，测试了中低速磁浮轨道结构在列车荷载作用下的动力响应，获得了轨排结构在列车以不同速度通过时的位移、加速度和应变。结果表明：轨排结构各测点的动力响应值随运行速度的增加呈增长趋势；由于F型导轨的悬臂结构，F型导轨的动力响应值最大，H型钢轨枕次之，承轨梁顶面处最小；列车荷载对轨排结构的动力特性有着明显影响，定员荷载作用下的轨排响应值大于空车；桥梁与轨排构成一个振动体，受梁体振动的影响，简支梁的响应值大于连续梁。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

高速磁浮梁轨分离式桥梁与轨道设计和创新

常导高速磁浮交通正在向600 km/h运行速度迈进,可以填补高铁和航空运输之间的速度空白,但是常导高速磁浮交通现有技术采用梁-轨一体化的轨道梁结构,存在施工工艺复杂、轨道线形调整困难、经济成本高等诸多问题,难以满足600 km/h高速运行要求.通过借鉴高速铁路桥梁技术和中低速磁浮轨道技术的设计理念并进行系统创新,在国内...     

超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析

针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法。为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成。组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应。为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600km/h的车辆和轨道梁的动力响应。研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。     

低速磁浮车辆曲线通过动态响应仿真分析

结合青城山磁浮列车示范线工程,开展低速磁浮车辆动态曲线通过性能研究。建立35个自由度的磁浮车辆空间模型,考虑主动电磁悬浮与导向,仿真分析低速磁浮车辆曲线通过动态响应。计算结果表明,低速磁浮车辆可以60km·h-1速度安全通过半径300m的曲线,以90km·h-1速度平顺通过半径1100m的无超高曲线。低速磁浮车辆小半径曲线通过能力主要受车/轨横向间隙的影响,大半径曲线可不设置超高,但最大通过速度主要受乘坐舒适性的制约。     

400 km/h高速铁路典型路基段风致行车安全研究

以某设计速度400 km/h的高速铁路4种典型路基段结构为研究对象,采用风车路耦合动力分析方法,运用ANSYS和多体动力学软件SIMPACK分别建立路基和列车模型,分析CRH380动车组在环境风速20～40m/s区间工况,以速度400 km/h通过时车辆的动力响应。根据评价准则提出风致行车安全控制指标。结果表明：车体横向加速度反映列车横风稳定性,可以作为风致行车安全的控制指标;脱轨系数随着风速增大而增大,在风速不超过40 m/s条件下,均未达到上限值0.8;4#路基段可以承受的环境风速最大,风致行车安全的效果最好;背风侧的车辆响应指标均明显好于迎风侧,对于横风影响下的动力仿真分析,应将迎风侧作为主要研究对象。     

中低速磁浮交通低置线路结构动力特性分析

为研究中低速磁浮交通低置线路的动力特性,依托株洲车辆厂的试验线开展现场试验,目的是测试在列车荷载作用下基床动应力分布和轨道梁的动力响应。测试结果表明:当列车达到试验最高速度80 km/h时,基床动应力约为静止荷载(无悬浮力)的1.1~1.2倍,最大值约为14 k Pa。其随深度衰减较快,在1 m深度时衰减值约为40%~50%。轨道梁梁端处动位移值较跨中大,最大值为0.066 mm。顶板竖向加速度、腹板横向加速度、腹板纵向加速度均能满足设计要求。3种轨道梁在整体刚度上有所差异,但在不同梁型连接过渡时,对行车没有明显的影响。     

橡胶浮置板无砟轨道过渡段动力学性能分析

无砟轨道过渡段刚度不连续,导致车辆和轨道结构系统动力学响应差别很大。针对这种情况,采用车辆—轨道系统动力学耦合模型分析方法,研究了设置橡胶浮置板无砟轨道过渡段对地铁车辆和轨道结构的动力学响应。算例结果表明,橡胶浮置板轨道过渡段的设置对地铁车辆和轨道系统产生较好的低动力响应,且使得轨面动位移变化平缓,同时降低了车体的振动加速度。     

超高速磁浮车辆-简支梁桥的耦合动力响应

以真空管道交通为代表的新型交通系统以磁悬浮为主要形式,其运行速度可超过1 000 km/h。本文以磁浮列车超高速通过简支梁桥为研究对象,建立磁浮车辆-桥梁耦合系统动力分析模型,采用数值分析方法计算超高速磁浮车辆通过简支梁桥时耦合系统的动力响应,并分析桥梁跨数、结构阻尼的影响。研究结果表明:随着车速提高,系统动力响应整体增加并表现出越来越明显的时间滞后现象;超高速运行条件下车辆舒适性与安全性满足要求,而桥梁竖向振动加速度过大导致其成为行车安全的控制性指标。     

京沪高速铁路路涵过渡段动态响应特征及影响范围研究

针对高速铁路的桥涵与临近路基由于存在材料和沉降的差异形成的刚度和几何不平顺,对路涵过渡段的动态响应和影响范围进行研究。本文建立"车辆-轨道-过渡段"垂向耦合动力模型,研究过渡段路基的动态响应特征,并与京沪高速铁路廊坊段路涵过渡段现场实测值进行对比。结果表明,当运行速度小于300km/h时,过渡段基床动应力、加速度、垂向位移等随速度增加而增大;在300km/h时动应力、加速度出现最大值,动位移随行车速度呈线性增大;从动应力、加速度的影响范围看,运行速度在300km/h以下时路涵过渡段影响范围为20~25m,300km/h及以上时,过渡段长度达到30~35m。当设计速度超过300km/h时,应适当加长路涵过渡段长度。     

中低速磁浮桥建合一车站结构振动分析探讨

建立适合磁浮交通领域"桥-建"合一车站振动的评价标准,对不同工况下的激励源、激励输入进行研究,并建立磁浮列车-轨道梁耦合振动分析模型以及站房结构动力分析模型。以磁浮朗木梨站为分析对象,对不同工况不同区域的结构振动舒适性及结构安全性进行评价,仿真分析评价结果表明:一线制动一线启动工况下站房结构振动响应最大;轨行区结构振动响应明显大于站台区结构振动响应;在本研究所列不同工况下结构的振动舒适性及安全性是有保证的。     

高速磁浮简支箱梁桥车致动力响应分析

为研究600 km/h高速磁浮简支箱梁桥方案的车致动力行为,基于柔性体动力学方法,建立并验证了磁浮列车通过桥梁的桥梁动力分析模型。以跨度30.96 m高速磁浮简支箱梁桥为研究对象,进行不同梁高的桥梁动力特性对比,分析不同梁高和车速对高速磁浮桥梁动力响应的影响。结果表明:所建立移动荷载过桥动力分析方法能较好地反映磁浮列车通过桥梁时的桥梁动力响应。针对2.8,3.0,3.2 m三种梁高,速度分别为200～480,200～500 km/h和200～540 km/h时,桥梁竖向位移随速度变化的幅度较小,当速度分别超过480,500 km/h和540 km/h时,桥梁竖向位移急剧增大。2.8 m梁高的桥梁动力系数最大为1.319。桥梁竖向加速度随速度变化出现3个极值点,320～360 km/h速度对应的桥梁竖向加速度最大,2.8 m梁高对应的加速度为4.040 m/s~2。