车桥耦合动力学系统模态综合分析

由于桥梁上的车辆荷载是一个带有质量的振动系统 ,从而使得桥梁在该荷载作用下的动力响应问题比一般结构动力系统的响应问题更复杂。车辆和桥梁可看成一个整体耦合动力学系统的两个分支 ,并引入模态综合法来分析其动力响应。结果表明利用模态综合法可以将车辆与桥梁之间的边界作为系统的内部耦合条件 。

潍莱铁路钢桁桥车桥耦合振动分析及行车安全性评估

为准确分析高速铁路钢桁梁桥的动力特征和实际运营安全性,基于车-桥耦合振动理论和有限元模拟方法,对潍莱铁路跨青荣特大桥进行车桥耦合振动分析和行车安全性评估。首先,采用ANSYS有限元软件建立潍莱铁路钢桁桥全桥有限元模型;其次,基于十自由度垂向车辆动力学模型开展钢桁桥—高速列车耦合动力分析,得到桥梁主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的动态响应,并且与施加移动静荷载得到的静力过桥模式下桥梁响应结果进行对比,计算得出主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的冲击系数。最后,针对车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标进行分析,得到桥梁在实际运营工况下的行车安全状态。研究结果表明:铁路钢桁梁桥在列车荷载作用下,桥梁主桁的下弦节点挠度响应和主桁杆件应力响应都会增大;桥梁主桁下弦节点挠度冲击系数均小于0.04,节点之间挠度冲击系数差异较小;桥梁主桁应力冲击系数最大值为0.697,主桁各部分应力冲击系数存在较大差异,所以在桥梁设计时要充分考虑应力冲击系数放大效应;车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标均符合规范要求,桥梁满足实际运营条件。研究成果可为同类型铁路钢桁梁桥的动力分析与行车安全性评估提供参考。

基于ANSYS的车桥耦合动力学仿真分析

介绍了车桥耦合动力学分析的主要特点、常用求解算法与理论模型。通过建立斜拉桥桥面的动力学数学模型,求解了桥面的一阶固有频率。利用ANSYS对斜拉桥进行了模态分析、谐响应分析以及瞬态动力学分析。

MSC软件应用于铁路桥梁车桥耦合动力响应分析

介绍应用MSCPatran建立铁路客运专线桥梁的三维有限元计算模型,应用MSCNastran结构分析程序进行桥梁自振频率计算,然后在MSCAdams/RAIL中建立整体车桥系统动力学仿真模型进行车桥耦合作用的仿真分析.研究表明,应用该软件可以建立准确的模型,对编组列车通过桥梁进行实时模拟,对于我国铁路客运专线桥梁建设和结构优化具有积极的意义.

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。

ANSYS在公路复杂桥梁车桥耦合动力分析中的应用

在公路桥梁设计工作中,要对车桥耦合动力进行分析,从而为车辆安全通过桥梁提供保障。但就目前来看,复杂桥梁车桥耦合动力分析一直是一个难题。基于此,对ANYSY在公路复杂桥梁车桥耦合动力分析中的应用展开分析,将车辆和复杂桥梁作为相互分离的体系,分别展开振动分析。研究结果表明,使用该方法能够为复杂桥梁的动力分析提供可靠的方法。

某高速铁路钢-混连续结合梁桥车桥动力响应分析

考虑栓钉连接件的柔性,针对一座3跨钢-混凝土铁路连续结合梁实桥建立有限元模型,对其自振特性进行分析,并与试验结果进行对比。经研究发现:柔性栓钉连接件所引起的滑移对结合梁的动力响应有重要影响。基于上述分析,进行了高速列车荷载作用下结合梁动力响应分析,计算了桥梁和车辆的各种动力指标的最大值:包括冲击系数、桥梁的竖向和横向动位移及动加速度、机车和车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向和竖向加速度及横向和竖向平稳性指标(Sperling指标),并与实测结果进行了对比,结果吻合较好。

何寨渭河特大桥跨度64m简支箱梁车桥动力性能研究

通过分析何寨渭河特大桥跨度64 m预应力混凝土简支箱梁在200 km/h动力集中式电动车组、SS7D牵引的双层客车两种列车通过桥梁时,车辆系统和桥梁系统的动力响应,总结大跨度简支箱形梁桥的车桥动力特性,并验证该桥梁设计的行车安全性及乘坐舒适性。

基于车桥耦合理论的梁式桥阻尼比识别研究

提出一种基于车桥耦合动力学理论的梁式桥阻尼比识别方法.首先按照动力学理论将测试车设计为单自由度体系,然后利用安装在测试车上的传感器采集信号,从测试车与桥梁接触点响应信号中得到梁式桥响应的信号,基于车桥耦合动力学原理滤波处理得到包含梁式桥第一阶频率的信号,最后假定梁式桥阻尼比值,通过假定的梁式桥阻尼比值获取假定的梁式桥第一阶振型,不断循环直至假定的阻尼比值下计算的第一阶振型最大值点居中,即为识别的梁式桥真实阻尼比.本文首先从车桥耦合动力学理论推导上说明了该方法的可行性,然后考虑在不同车速与非恒定车速、路面粗糙度、环境噪音等影响因素下进行车桥耦合动力学模型分析,最后通过实桥试验进行了初步验证.研究结果表明:该方法能一定程度上克服外界不利因素的影响,达到识别梁式桥阻尼比的目的,为识别梁式桥阻尼比提供一种更优方法,其具有参数设置较少、操作简单方便以及更高测试精度等优点,同时有助于推动基于车桥耦合的车桥耦合动力学理论技术在梁式桥模态参数识别工作中的实际工程应用.

重载货车转向架非线性干摩擦力等效线性化及在车桥耦合中的应用

采用基于振动周期内平均功率相等的描述函数法,对重载货车转向架的非线性干摩擦力进行等效线性化,即将斜楔与摇枕间的垂向和横向非线性摩擦力线性等效为垂向和横向线性阻尼力,将旁承和心盘处的回转摩擦阻力矩线性等效为回转摩擦阻尼力,进而建立重载货车的等效线性动力学模型。以C80型重载货车为例,分别采用给出的等效线性动力学模型和非线性动力学模型进行重载货车动力学仿真计算。结果表明:等效线性动力学模型虽然小幅度增大了车体的垂向和横向平稳性指标、轮轨横向作用力、脱轨系数和轮重减载率,但是仍在GB/T 5599—1985标准范围内,满足其各项评价指标要求,验证了用描述函数法对非线性干摩擦力等效线性化的正确性和合理性;说明基于描述函数法的重载货车等效线性动力学模型可以替代复杂的非线性动力学模型进行重载货车通过既有桥梁的车桥耦合动力响应分析,为重载货车的非线性悬挂系统参数优化和车桥耦合动力学性能分析提供了新的有效途径。

第二松花江桥跨度30m简支T梁横向车桥动力性能研究

笔者通过分析了第二松花江桥跨度30m预应力混凝土简支T梁原桥及实施4种加固方法后,SS8牵引的旅客、DF4牵引的混编列车通过桥梁时,桥梁的横向动力响应,与试验结果进行了对比,总结了既有线铁路简支T梁桥的加固方法,并对该桥梁的加固工程提出建议。

高速铁路无砟轨道斜拉桥刚度理论分析与设计参数研究

为研究高速铁路无砟轨道斜拉桥的刚度特征以及合理结构设计参数,采用理论公式推导、数值分析等手段,得到结构设计参数刚度影响解析公式及其影响规律,用于指导桥梁设计。首先引入索梁活载刚度比的概念,通过建立斜拉桥主梁多点支承连续梁的三弯矩方程得到主梁刚度,通过考虑主塔变形和拉索伸长量得到斜拉索等效刚度,进而给出斜拉桥整体刚度、索梁活载刚度比和主梁跨中挠度的理论公式,并基于理论公式得出主梁惯性矩、斜拉索倾角、塔高以及拉索面积对斜拉桥整体刚度的影响。以广湛铁路东平水道特大桥主桥(67.5+60+60+350+60+60+67.5)m钢箱混合组合梁无砟轨道斜拉桥为例,通过对比跨中活载位移理论解与数值解验证本文理论公式的准确性,进而采用理论公式分析结构设计参数对桥梁刚度的影响。研究结果表明:随拉索倾角增大或者塔高增加,主梁的跨中位移先减小后增大,索梁活载刚度比先增大再减小,拉索倾角为29.2°~73.9°时主梁跨中位移达到最小值36.4 cm,此时索梁活载刚度比为15.4。随着主梁的梁高增加,主梁跨中位移减小,索梁活载刚度比减小,但是减小幅度较为缓慢。拉索面积增大,主梁跨中活载位移减小,索梁活载刚度比增加。提出了桥梁合理梁高、塔高和斜拉索规格及拉索面积。桥梁结构静动力检算、桥上轨道静态高低不平顺验算以及无砟轨道受力与层间压缩量等检算结果均表明,该桥具有良好的安全性和行车平稳性。

连续梁桥边墩不均匀沉降下轨道层间变形协调关系及动力学应用

高速铁路连续梁桥边墩沉降将造成其上简支与连续梁桥的共同变形,边墩不均匀沉降差引起的轨道几何形位改变直接影响列车运行平稳性和安全性。该文基于APDL建立考虑引桥与路基及其上轨道结构影响的高速铁路CRTS II型无砟轨道-变截面连续梁桥系统精细化仿真模型,通过大量的仿真计算,探明了边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的轨道层间变形协调机理。基于线性回归方法获得了不同连续梁桥跨度条件下,边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的层间变形协调关系的定量函数表达式,进而采用该仿真模型、文献模型及列车-轨道-桥梁耦合动力学理论验证其拟合精度和正确性。最后基于定量函数表达式研究了边墩不均匀沉降差对列车运行平稳性和安全性的影响。结果表明:三种模型计算结果吻合良好,说明该文定量函数表达式具有较高精度;在边墩不均匀沉降工况下,存在激振频率接近车体自振频率的临界跨度,发生共振时,显著恶化列车运行平稳性;采用大跨度连续梁桥可有效降低边墩不均匀沉降差、提升乘坐舒适度、降低轮轨力及缓和列车与轨道动态作用效应;沉降差小于25 mm时,轮重减载率随跨度的增大而显著减小。

大跨度铁路桥梁变形控制标准研究

为保证大跨度桥梁运行的安全性与旅客乘坐的舒适性,动力性能分析时应考虑风、温度、徐变、沉降等环境变形的影响。确定运营阶段多种荷载组合状态下的变形控制标准时,不能将现行设计规范中单独给定的变形限值直接叠加,而应对这些变形的总量值进行控制。本文按照发生概率、作用时间以及桥梁变形特点,对运营阶段桥梁承受的荷载及各类环境因素进行分组,并采用分级管理的原则对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的变形控制标准进行研究。最后以某大跨度斜拉悬吊桥梁为例,介绍动力性能评估与变形控制标准的工程应用。研究结果表明:对于不同荷载作用下的车辆响应,可分别采用车桥耦合动力分析与中点弦测法;采用中点弦测法对长波不平顺进行管理时,高速铁路与普速铁路的合理控制弦长分别为60、30 m;经过对多个典型路基区段轨道不平顺和车体加速度检测数据统计,并对轨道不平顺采用对应的弦长输出,可得到车体加速度与不平顺弦测输出的相关关系曲线,为动力性能评估提供一种简便的计算方法。研究成果给出不同的荷载组合及车辆响应建议限值,为设计阶段桥梁变形控制提供参考。

时速400 km高速铁路50 m跨钢-混凝土结合梁设计

莫斯科—喀山高速铁路设计时速400 km,50 m跨钢-混凝土简支结合梁为该线桥梁标准跨设计的重要内容。为做好世界上首例满足时速400 km高铁要求的50 m简支结合梁设计,开展了一系列分析研究。首先分析钢-混凝土结合梁设计的必要性,然后在调研国内外结合梁工程基础上给出了两种钢-混结合梁截面形式并通过有限元建模分析,工程量统计、施工分析以及景观分析等对其比选;随后对推荐方案进行静力计算确定了结合梁的合理截面尺寸并给出钢箱的构造设计;紧接着给出50 m钢-混结合简支梁桥车桥动力分析模型和主要计算结果,证实了该设计满足400 km/h高速列车的安全性和舒适性;最后探讨了50 m结合梁的施工方案。所得结论对类似高铁项目的结合梁设计提供有益参考。

萧甬线曹娥江大桥列车运行速度研究分析

研究目的:曹娥江大桥因萧甬铁路电气化改造需要更换主桥钢桁梁,针对线路提速要求,对桥梁结构进行现场试验动力测试,应用实测动力参数建立车-梁-墩体系计算模型,进行车桥耦合动力仿真计算与分析,给出不同车速下全桥动力反应的计算结果。对桥梁结构的运营安全性、舒适度进行评价,为本桥的运营状态控制提供依据。研究结论:根据车桥耦合有限元动力仿真计算得出的列车运营平稳度指标,以及客货车在不同速度下的现场试验测试数据的分析,表明更换新钢桁梁后,既有C62型货物列车运行速度达到65 km/h、新型货物列车K2运行速度达到100 km/h时,纵梁跨中竖向及横向位移、墩顶最大横向位移、动挠跨比等指标仍然满足允许值要求,车辆的各项动力性能指标良好。

基于车激响应的桥梁支座脱空病害识别方法研究

为快速、准确地评估铁路简支梁桥的支座健康状态,分析各影响因素对识别结果的影响,以刚体动力学和结构有限元法为基础建立了车桥耦合动力分析模型,提出了一种以频谱相似性指标构建目标函数、以模型修正方法为主要技术手段的桥梁支座脱空病害识别方法,并在此基础上以某高速铁路32m简支梁桥为工程背景,采用数值模拟和现场试验的方式对所提方法进行了验证。结果表明:该方法可实现支座脱空病害的定位和定量识别,且计算效率和精度均较高,虚假损伤很小;列车行车速度、轨道不平顺谱及列车编组等因素对支座脱空病害识别结果影响较小;现场试验的加速度频谱分析实测值与理论值在低频段吻合良好,各支座识别结果均大于支座刚度限值,支座未发生脱空病害,与支座实际状态一致。

桥墩横向变位和基础刚度变化对高速铁路行车安全性的影响

以高速铁路32 m多跨简支箱梁为研究对象,采用车桥耦合动力求解方法分析了桥墩横向变位和基础刚度变化对行车安全性的影响。结果表明,墩顶横向变位的安全限值为40 mm,桥墩单独发生变位对行车安全性的影响小于多墩横向变位。跨中横向振幅和墩顶横向振幅随车速的变化具有一定随机性,采用限制车速的方法可有效提高列车运行安全性。桥梁运营安全性指标相较于列车运行安全性指标更加敏感,高速铁路桥梁刚度储备较大,桥墩、梁体、支座等其他构件会减小局部损伤对行车安全性的影响,在日常检查中需重点关注基础局部较大病害。

第二松花江桥跨度30m简支T梁横向加固试验研究

通过对哈大桥上行第二松花江桥跨度30 m预应力混凝土简支T梁原桥的4种加固方法的动力试验研究,分析了桥梁在旅客列车及货物列车通过时跨中横、竖向振动规律,并从试验结果出发,对桥梁的加固方法进行了总结和探讨,提出了对既有线此类跨度铁路简支T梁的加固建议。