悬挂胶轮列车与钢桥的振动试验及仿真研究

为评价悬挂胶轮列车及钢轨道梁桥的结构性能,以开封悬挂式单轨示范线为背景开展现场试验与仿真研究。开发了胶轮列车-钢轨道梁桥耦合振动分析程序,根据现场实测的胶轮车辆的空气弹簧、走行轮刚度和阻尼等力学参数,建立胶轮列车模型。对车桥动力响应的现场试验与动力仿真分析结果进行综合比较,采用相关规范对列车走行性以及轨道梁桥的动力性能进行综合评估。结果表明:车桥动力特性及其振动响应的理论与实测结果基本吻合,车桥耦合分析方法可应用于悬挂式胶轮单轨交通系统振动性能研究;轨道梁竖向挠跨比小于相关规范的限值,竖向刚度设计合理;在列车竖向静活载作用下,相邻两跨轨道梁梁端竖、横向转角之和最大值分别为4.5‰和1.5‰;车速80 km/h下轨道梁纵、横向应力动力系数最大值分别为1.17和1.14;考虑到悬挂式胶轮列车没有脱轨风险,列车轮重减载率及钢轨道梁桥横向加速度较传统铁路偏大,其相应限值可较现行铁路规范适当放松。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

高铁箱梁桥顶板纵向加筋对其声振特性的影响

伴随着高速铁路箱梁桥的大规模建设,列车经过时引起的高架桥低频声辐射问题已成为限制其发展重要因素之一。为了缓解列车经过箱梁桥时的声辐射问题,有必要开展桥梁降噪措施研究。以高速铁路箱梁桥为研究对象,对箱梁桥顶板增设纵向筋板,采用多体系统动力学软件UM及有限元-边界元方法建立车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型和声学预测模型,对原结构箱梁桥和加筋板箱梁桥的振动加速度、辐射声功率、线性声压级和声场分布等进行分析,研究顶板纵向加筋对箱梁桥声振特性的影响。研究结果表明:增设纵向筋板后箱梁桥各个板件振动加速度都明显减小,在顶板处减幅最大;增设纵向筋板后箱梁桥的辐射声功率和声压级明显降低,降噪效果良好;其对桥上声场的降噪效果好于桥下和桥侧声场。

钢板结合连续梁桥结构噪声分析

为了探究钢板结合梁桥的振动噪声,建立车-轨-桥耦合动力分析模型,获得了列车与桥梁的动力反应,后将此动力反应作为声学边界条件求解得到了钢板结合梁桥的结构噪声辐射,并对噪声辐射影响参数进行了探究.研究表明,列车过桥时,桥梁的结构位移呈现出周期性变化,各测点的竖向加速度均大于横向加速度;全桥结构噪声表现为全频段内均有衰减,高频区段衰减速率较低频段快;当车速提高时,各场点的总体声压级逐渐变大,车速从200 km/h升至260 km/h时,各场点声压级的上升幅度更大;双向行车时总体声压级显著增加,但各板件在峰值声压级时的贡献量比例无显著变化;有板肋时,顶板声压级贡献量较上翼缘板的更大,无板肋时则相反.添加板肋能够对局部结构进行优化,但对于整体的降噪效果影响不大.本桥板肋布置间距宜在5.2m左右.

列车诱发振动对大跨度混合梁桥转体施工影响研究

列车运行诱发环境振动及其对临近在建桥梁的稳定与安全影响是一个复杂的工程问题。以邢台市龙泉大街邻近铁路钢-混混合梁转体桥梁施工为研究背景,采用现场试验方法,开展列车诱发振动对大跨度混合梁桥转体施工影响研究。研究结果表明:随着振源距离的增大地面振动响应整体衰减明显,且不同行车类型诱发地面振动响应程度不同,具体表现为会车>货车>客车,另外列车会车时地面振动频响范围集中在5~25 Hz,振源距离的增大不改变地面竖向振动频响范围的分布,但对横向振动影响较大。通过不同阶段悬臂梁端实测动力响应对比分析,试转阶段梁端振动响应整体大于独立站立阶段,且试转阶段梁端横向振幅达到了2.18 mm,振动响应较大,表明列车诱发地面振动对钢-混混合梁转体的稳定性具有较大影响,所以应选择在既有铁路线天窗点进行正式转体。

MTMD抑制铁路上承钢板梁桥横向振动试验研究

本文建立了车 -桥 -MTMD系统振动方程 ,对利用多重调频质量阻尼器 (MTMD)抑制铁路上承钢板梁桥横向振动的效果进行了模拟计算和现场试验。结果表明 :MTMD能有效地抑制桥梁横向振动出现的“准共振”响应 ,模拟计算时减振率最大值达到 62 %,试验中实际的减振率最大值达到 5 1.83 %。

基于车桥耦合动力分析的桥梁动应力计算方法

为充分反映列车与桥梁的动力相互作用,建立三维车辆模型及桥梁有限元模型,依据轮轨接触关系形成车桥耦合动力系统模型;考虑轨道不平顺的随机激励作用,求解车桥系统动力方程,得到桥梁节点的振动响应。在此基础上,计算桥梁构件单元的动应力响应时程。以CRH2型动车组通过某跨度为80m的下承式钢桁梁桥为例,计算分析各局部杆件的动应力时程及不同杆件的应力动力放大系数。结果表明:所给出的计算方法考虑了桥梁横向振动的影响以及轨道不平顺激励,能够真实反映列车荷载作用下桥梁局部构件的动应力响应;在列车荷载作用下下承式简支钢桁梁桥各类杆件中的危险杆件并不一定出现在桥梁跨中,动应力响应沿桥跨方向呈现出与位移响应幅值不同的空间分布趋势;不同类型杆件的应力动力系数不相同;现行规范中关于运营动力系数的计算不能真实反映不同车速下桥梁杆件应力的动力放大效应。

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。

郑州黄河大桥远程振动监测系统研究

介绍郑州黄河大桥远程振动监测系统的设计方案、体系结构、总体目标、监测内容,以及系统的数据采集、数据查询及安全报警功能。运行结果表明:监测系统工作正常,性能稳定,监测数据结果可信,数据查询简单、方便;整个监测系统是柔性的、可变的,可远程设置系统的工作参数,能在一定程度上更改和扩展系统的监测内容和功能;可在线分析监测数据,远程诊断系统的工作状态,意外停机后可自动复位,实现了现场无人值守。监测系统投入运行以来,桥梁管理部门可随时了解和掌握全桥上行线各孔及下行线18孔桥梁跨中横向振动情况,发现问题可及时采取相应的技术措施和管理办法。目前,该系统正在为大桥的运营、管理和维护决策,为确保列车在桥上的行车安全和大桥本身的运营安全发挥着重要的作用。

铁路新型钢-混凝土组合桁架桥在列车作用下的动力响应分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的铁路新型钢-混凝土组合桁架桥建立了车-桥动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组合而成,以轨道不平顺作为系统的自激激励源。以西安-平凉铁路上的马屋泾河特大桥主桥为工程背景,对这种新型钢-混组合结构的车桥耦合振动进行了动力仿真分析。对桥梁在重载货车、中速客车、高速客车等不同列车荷载工况下的动力响应进行了数值计算,并对桥上车辆的走行性能进行了评价。计算结果表明:该桥式方案能够满足三种类型列车在不同等级车速范围内安全、舒适的运行,可广泛用于我国货运、普通客运及高速铁路。

列车通过连续钢桁梁桥时的动力响应研究

将列车—连续钢桁梁桥视为一个耦合的整体系统 ,采用桁段有限单元对连续钢桁梁桥进行离散 ,每节车辆采用具有 2 1个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型 ,列车与连续钢桁梁桥通过轮轨相互作用关系进行动力耦合 ,应用弹性系统动力学总势能不变值原理 ,建立列车—连续钢桁梁桥时变系统的整体振动方程 ;采用直接积分法计算了列车以不同速度通过 2座连续钢桁梁桥时的桥上列车振动响应全过程 ,分析计算所得结果 ,可以得出 2座桥梁行车安全的结论 .

上承式钢板梁桥空间振动计算分析

本文提出了列车、上承式钢板梁桥空间振动的有限单元分析模型 ,采用计算机模拟方法 ,计算了列车提速后通过 32m上承钢板梁桥的空间振动响应 ,检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性 ,所得结果与实测资料相符 。

上承式钢板梁空间振动计算与加固技术研究

根据列车桥梁时变系统的能量随机分析理论 ,分别建立列车、上承式钢板梁空间振动分析模型 ,可方便考虑钢板梁主梁横向与竖向弯曲、自由扭转、约束扭转变形及横隔板、横联、平联、刚性连接加固杆件等桥梁局部构件的作用。采用计算机模拟方法 ,计算了提速列车与常用跨度上承式钢板梁采用各种加固措施前后的空间振动响应———桥梁及机车车辆的振动位移、加速度、列车轮对横向摇摆力、平稳性指标、轮压减载率等时程。根据计算结果 ,提出了对常用的 32m上承式铆接钢板梁、 2 4m上承式铆接钢板梁、 2 0m (B =1 8m)

列车通过钢桁梁桥时动力响应分析

研究目的:随着列车速度不断提高,对既有线上钢桁梁进行动力分析,对于正确地进行铁路桥梁的设计以及既有线路的维修加固有重要的参考意义。研究结论:将列车——钢桁梁桥视为一个整体系统,由弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的对号入座法则,导出了车桥系统的振动方程,此法比一般的有限元法更方便。计算了DF4机车牵引25辆C62货车和DF11机车牵引18辆客车以不同的速度通过某简支钢桁梁桥的振动响应。通过分析,其行车安全有保障,舒适度指标和车辆平稳性指标均达到合格以上。说明该桥具有足够的横、竖向刚度。

大跨度连续拱桁组合钢桥空间振动分析

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法，将车桥作为联合动力体系，以一座跨径布置为１４４＋ １９２＋ ２６４＋ １９２＋ １４４ｍ 的连续拱桁组合钢桁梁桥为研究对象，对高速列车过桥时的空间振动响应进行了分析，着重研究了列车速度变化时对桥梁的挠度、车辆舒适度及脱轨安全度的影响，并对列车运行走行性进行了评价。

基于联合仿真方法的铁路钢桁梁桥局部应力分析

针对移动列车引起的铁路钢桁梁桥局部应力问题,提出了基于Ansys-Matlab联合仿真的列车-桥梁耦合动力响应分析方法。根据多体动力学理论,采用Matlab软件建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统车辆动力学模型;采用有限元软件Ansys建立桥梁多尺度有限元模型;通过Matlab软件和Ansys软件之间的轮轨接触力传递,实现列车子系统和桥梁子系统的耦合振动分析。以广州麻涌铁路桥为例,通过现场试验数据验证了Ansys-Matlab联合仿真方法的准确性,并可有效求解车桥耦合振动引起的桥梁局部应力问题。基于该方法,分析了不同编组列车和不同车速条件下列车动力荷载对钢桁梁桥节点板的局部应力影响,结果表明:钢桁梁桥节点板与桁架斜杆连接处应力响应最大;车速对节点板的最大应力值响应影响不大,但不同车速引起的高应力幅的疲劳应力循环次数不同。

铁路上承式钢板梁桥横向振动抑制方案研究

通过对目前抑制铁路上承式钢板梁桥横向振动的几种方案进行定性的分析和比较 ,认为 :静力加固方案可以使桥梁振幅有所减小 ,但不能避免准共振现象的发生 ,而且工程造价较高 ,施工也不方便 ;两桥连接方案减振效果明显 (减振率近 5 0 % ) ,比较经济也比较方便 ,但同样不能避免准共振现象的发生 ;动力减振方案 (MTMD抑振方案 )可以有效的抑制桥梁的准共振现象 (现场试验中减振率达 5 1.83% ) ,而且工程造价较低 ,施工简单。

沪通长江大桥大位移梁端伸缩装置动力性能研究

沪通长江大桥主航道桥为主跨1 092m的公铁两用连续钢桁梁斜拉桥,主航道桥两侧为跨度112m的钢桁简支梁桥,主航道桥、钢桁梁桥间设置伸缩量为±900 mm的梁端伸缩装置。为考察该桥伸缩缝对列车和桥梁动力响应的影响,针对其梁端伸缩装置初步设计的比选方案进行车线桥动力性能研究。按照实际情况建立包括主航道桥、钢桁梁桥和梁端伸缩装置的完整桥梁结构模型,采用逐步积分法分析车桥耦合振动。结果表明,梁端伸缩装置与两侧主航道桥、钢桁梁桥上的轨道结构变形存在差异,此梁端附近区域的局部不平顺造成了对车辆和伸缩装置的冲击,使得部分工况下车辆响应超限,支承梁的加速度与铜陵长江大桥的梁端伸缩装置设计方案相比偏高,尤其在主梁收缩状态下,上述情况更为明显。

哪吒大桥地震响应分析

建立了哪吒大桥———钢桁加劲梁悬索桥的三维有限元计算模型,对该桥进行了振动特性和地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑局部场地效应、行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,由于悬索桥的钢桁加劲梁采用半飘浮体系,纵向约束较弱,桥梁第1阶振型为钢桁加劲梁的纵飘;各阶振型的频率呈现出密集分布的形态;考虑地震波传播速度产生的行波效应的影响,桥梁的地震响应与一致激励下的地震响应有一定差异;局部场地效应对哪吒大桥的地震响应影响较大,特别是对大缆应力及结构变形影响很大;哪吒大桥在7度设防(地震波峰值加速度不超过0.15g)时,大桥的抗震安全性是可以得到保证的。

大跨度悬索桥梁端竖向折角对列车走行性的影响研究

大跨度桥梁较为柔性,易产生梁端竖向折角,过大的梁端竖向折角会影响列车的安全性和舒适性。有代表性地选取较为柔性的大跨度公轨两用悬索桥作为工程背景,基于车-桥耦合动力仿真数值计算方法,采用自主研发的桥梁科研分析软件BANSYS(Bridge ANalysis SYStem),分析列车进桥及出桥全过程中车辆和桥梁的响应,对比不同车辆运行方式、不同车速、不同车载状态下的响应,讨论大跨度悬索桥梁端竖向折角对列车走行性的影响,进一步提出减小梁端竖向折角的措施。研究结论对大跨度轨道交通桥梁的运营安全具有指导意义。