温差作用下磁浮轨道梁变形分析及比较

以磁浮上海线为背景,应用有限元程序ANSYS对温度作用下的三种不同截面的磁浮轨道梁进行稳态分析,在不同的环境温度下施加温差荷载,得到温度场分布曲线和轨道梁的最大位移,并将计算结果与现有规定比较,结果显示现有规定过于严格。

混凝土单箱双室磁浮轨道梁的日照温度场分布研究

日照作用下混凝土单箱双室磁浮轨道梁的温度场分布不均匀,易引起变形、开裂,影响轨道平顺性及行车安全性。基于传热学原理,结合上海夏季辐射和气温等气象资料,针对日照作用下混凝土双室箱梁的温度场分布展开有限元模拟分析,研究了不同时刻时轨道梁截面的温度分布规律,得到了箱梁在不同时刻的温度云图;提取最大竖向温差时刻腹板和最大横向温差时刻底板中线的温度值,拟合后得到横向与竖向的温度梯度曲线,与规范温度梯度对比后发现:竖向温度梯度峰值比规范值大,变化更加剧烈,且在底板附近存在反向温差,横向温度梯度峰值比规范值小,变化也更加剧烈且同样存在反向温差,双室箱梁的温度梯度模式与规范不一致。

磁浮轨道钢箱梁日照温度场及变形研究

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁设计需考虑的重要因素,文章根据传热学与有限元理论,结合上海夏季气象参数与日照辐射半经验公式,利用ANSYS建立上海磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型,经实测构件验证,计算值与实测值吻合良好。分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布,并以指数函数为基础拟合得到对应温度梯度曲线,竖向温差拟合值略低于德国磁浮规范值,横向温差拟合值高于德国磁浮规范值。基于日照温度场分析结果,计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形,得到磁浮轨道钢箱梁在双跨连续形式下能够较好抵抗温度变形的结论。提出磁浮轨道钢箱梁外露部分涂料的选取建议,以减小日照辐射吸收能量,从而降低截面温差及温度梯度变形。

中速磁浮混凝土轨道梁结构设计

为探索适用于运行速度为160~250 km/h中速磁浮的轨道梁梁型,并了解该类中速磁浮轨道梁的关键设计参数,文中根据不同体系在静活载、温度作用下梁部的变形影响,探究160~250 km/h范围内的中速磁浮轨道梁的合理结构体系;对不同截面形式的混凝土轨道梁,通过静力计算、车桥动力仿真分析等手段开展初步研究和对比。通过研究提出区别于目前中低速磁浮、高速磁浮常用和梁形截面的工字形的截面方案,此外,根据常导磁浮目前的技术标准,结合车桥耦合计算结果,对中速磁浮轨道梁采用的竖向挠度变形、自振频率等关键设计控制指标提出建议值。

高速磁浮整体式预应力轨道梁温度场与变形分析

轨道梁日照作用与列车荷载下的热力耦合变形是高速磁浮轨道梁设计时需要考虑的重要因素之一。根据传热学理论,结合青岛地区夏季气象数据与日照辐射半经验公式给出日照辐射分布场,基于ABAQUS建立青岛高速磁浮试验线整体式预应力混凝土轨道梁三维有限元瞬态分析模型,研究变截面轨道梁纵向温度分布规律、竖向与横向最大温差时刻温度梯度分布,并以指数函数为基础拟合得到温度梯度曲线,给出在三维梁模型中的温度分布场。利用顺序热力耦合方法开展热力耦合作用对轨道梁变形影响的数值仿真研究。热力耦合仿真结果表明,轨道梁最大竖向温度梯度出现在下午14:00,同时刻热力耦合工况下轨道梁跨中挠度最小,最小值为3.150 mm。凌晨01:00时刻,轨道梁跨中挠度最大,最大值为3.336 mm。横向位移极值分别出现在上午11:00和下午15:00,位移极值分别为1.237 mm和1.515 mm。预应力筋对轨道梁跨中竖向挠度影响显著,预应力水平为1302 MPa的轨道梁跨中挠度比无预应力的轨道梁要少23.96%;预应力筋对轨道梁横向变形影响不明显,预应力水平为1302 MPa的轨道梁横向变形与无预应力的轨道梁仅相差0.2%。

中低速磁浮单线轨道梁日照温度场分析

磁浮轨道梁在日照作用下的温度分布特征是控制轨道梁温度变形的重要因素。基于传热学、太阳物理学、天文学等相关理论,利用ANSYS软件建立了中低速磁浮典型轨道梁热分析模型,采用上海夏季气象参数研究了截面温度随时间和空间的变化规律和分布特征。计算分析表明,温度具有明显的非线性和时滞性,轨道梁表面的最高温度在14:00达到50℃,竖向最大温差为20.1℃,其竖向温度梯度分布与相应规范规定的梯度曲线在顶部区域相差不大,但在底部0.3 m高度范围内规范值要远小于计算值。

高速磁浮U形轨道梁模态试验研究

为了探索不同材料钢筋骨架的高速磁浮列车U形轨道梁在相同工况下抗冲击性能,预制5块不同材料钢筋骨架轨道梁试验模型进行试验研究,使用激振锤激振轨道梁并拾取加速度信号,通过数值模态分析判断不同材料结构的抗冲击能力。采用模态置信判据准则(MAC)分析各阶模态振型相关性。建立有限元仿真模型,将试验与仿真结果对比验证试验结果准确性。研究结果表明:轨道梁固有频率大小随钢筋骨架力学性能增加而提高,但模态阻尼比对材料变化不敏感;玄武岩+土工格栅材质轨道梁整体抗冲击性能较好,不锈钢复合筋轨道梁最低;5片轨道梁的1阶固有频率为27.34~39.37 Hz,其高低顺序为:玄武岩复合筋>土工格栅+玄武岩复合筋>玻璃纤维复合筋>土工格栅+玻璃纤维复合筋>不锈钢复合筋,其中玄武岩复合筋材质的1阶固有频率最高,为39.37 Hz,抗冲击效果最好。

小曲线半径磁浮轨道梁关键施工技术研究

本文针对中低速磁浮交通桥梁工程曲线半径小、孔跨多样化、小箱梁结构、变形控制要求高等结构特点,基于200 m曲线半径轨道梁预制安装、钢模结构设计及调控、曲线监测及调控、安装技术措施等施工关键技术进行研究,分析轨道梁预制和安装整体工艺方案,解决了几个施工关键技术难题:(1)小半径曲线轨道梁钢模型结构设计与调控方式;(2)相对坐标控制环境下曲线监测与调控技术;(3)小半径曲线磁浮轨道梁安装方案。同时对轨道梁制运架施工成本定额进行测算和对比,结果证明中低速磁浮预制轨道梁施工在技术和经济上具可实施性,可为后续中低速磁浮项目建设实施和产业发展提供参考。

侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合动力响应分析

侧风作用是影响高速磁浮系统动力设计的重要因素之一。为获得侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合振动响应,首先,建立了风-静悬磁浮列车-轨道梁(WSMG)和风-移动磁浮列车-轨道梁(WMMG)空间耦合分析模型。然后,通过风洞试验对磁浮车辆的气动特性进行测试。磁浮列车的控制系统采用比例-积分-微分(PID)控制器和加速度反馈相结合的比例-积分-微分-加速度(PIDA)控制算法进行调控。最后,分析了平均风、脉动风、风速和车速对磁浮系统动力响应的影响。结果表明:PIDA控制算法可以消除侧风引起的磁浮间隙稳态误差,并减小大约40%的车体横向位移;均匀风只改变列车的平衡位置,脉动风和轨道不平整是引起磁浮列车-轨道系统振动的主要原因;风速对车辆的横向振动的影响更为敏感,当风速超过30 m/s时,高速磁浮列车应停止运行。

磁浮钢箱梁日照作用对车桥耦合振动的影响

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁静力与动力设计需考虑的重要因素,笔者根据传热学与有限元理论,结合夏季气象参数与日照辐射半经验公式,利用ANSYS建立磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型。首先,分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布,基于日照温度场分析结果,计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形;然后,将单跨简支、双跨连续形式轨道梁的温度变形作为初始不平顺组成部分,进行车桥耦合动力响应分析。结果显示:温度效应使车体加速度、悬浮气隙幅值增幅较大,对电磁力有所增大,对轨道梁加速度及位移的放大作用则不明显,各动力响应值仍处于规范规定的安全范围内,但安全度有所降低。

磁浮关节型轨道梁道岔控制系统施工技术

伴随国内首例中低速磁浮——长沙磁浮的问世,关节型轨道梁道岔也进入大众的视野,而磁浮关节型轨道梁道岔控制系统由信号联锁控制和现地控制两部分,是完全区别于传统轮轨道岔控制系统的存在。本文从长沙磁浮关节型轨道梁道岔控制系统施工视角,剖析中低速关节型轨道梁道岔信号控制系统与道岔控制系统的接口,以及道岔的动作、表示、应急处理方案,并重点从关节型轨道梁道岔电气控制方面提出了关节型轨道梁道岔控制系统改进措施。

模拟退火算法与Python-ABAQUS结合的有限元模型修正方法研究

结合现场实测的中低速磁浮轨道梁动力特性分析结果,编写了中低速磁浮轨道梁的实桥参数优化程序,并提出了Python脚本对ABAQUS进行二次开发,结合模拟退火优化算法的修正方法,完成了双线连续轨道梁空间有限元模型的程序优化与计算;成功地对工程背景(25+35+25)m轨道梁初始有限元模型进行了修正。

车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风车-桥耦合振动、地震车-桥耦合振动、磁浮交通车辆轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。

31.2 m跨中低速磁悬浮轨道梁截面关键尺寸研究

为填补中低速磁浮轨道梁在30 m以上标准跨度的空白,拟定了中低速磁浮轨道梁多种梁高,分别计算其强度与刚度;根据梁承载力要求、变形极限和动力特性,提出了推荐的31.2 m跨中低速磁浮轨道梁高度、顶板、底板和腹板厚度参数。基于推荐的参数制造了等比例试验梁并进行静载试验。研究得出,随着梁高的加高,轨道梁的强度与刚度有较好提升;在满足梁承载力要求、变形极限和动力特性要求的条件下,兼顾城市空间限制以及景观考虑,选择2.4 m梁高作为31.2 m跨度中低速磁浮轨道梁合理梁高。