行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的数值模拟

相比梁桥,对行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥振动响应研究较少,且已有研究多取跨中作为观察点来评估桥梁的振动效应。为评估钢管混凝土系杆拱桥的车致振动特性,在有限元软件ABAQUS中建立了全桥有限元动力分析模型,采用板单元模拟桥面板,梁杆单元模拟系梁、横梁、拱肋、风撑和吊杆,并模拟施加移动车辆,获得了不同桥跨位置处的动挠度响应,并与现场动挠度实测结果进行对比,表明了分析模型的正确性。继而,研究了不同车速、轴重及行进路线工况下1/4、1/2和3/4桥跨位置处的动挠度响应,获得了不同桥跨位置的冲击系数。结果表明,系杆拱桥冲击系数随车辆轴重增加而减小,随车速增加先增大后减小,且车辆行进路线距桥面中线越远则冲击系数越小。将上述不同荷载工况的冲击系数与规范和已有经验模型进行对比,发现系杆拱桥最不利冲击位置并不位于桥梁跨中位置。研究结果可为类似系杆拱桥冲击振动安全工程提供参考。     

单元板式轨道扣件刚度突变对行车安全性的影响分析

为研究单元板式无砟轨道扣件刚度整体及局部突变对行车安全的影响,指导扣件系统的养护维修,利用有限元方法和轮轨耦合系统动力学原理,建立车辆-轨道-路基系统垂向耦合动力学模型。研究扣件系统整体刚度突变和局部刚度突变对列车的振动特性和轮轨垂向作用力的影响规律。结果表明:扣件刚度从20 kN/mm增加到80 kN/mm时,轮对和转向架的振动加速度分别增加40.1%和28.2%,轮轨垂向力增加28.4%,车体变化不大;当局部扣件刚度突变时,车体、轮对、转向架的振动加速度和轮轨垂向力均较基本刚度(50 kN/mm)有所增大。扣件刚度整体突变以及局部突变均会对列车振动特性和轮轨垂向作用力产生不利的影响,建议及时对扣件系统进行养护检修,以保证行车的平稳性和安全性。     

高速磁浮铁路轨道梁振动分析及控制研究

磁浮车辆系统动力学的研究 ,直接影响到磁浮列车安全行车、运行平稳性、线路设计及系统造价。以德国Transrapid高速磁浮铁路系统为基础 ,笔者采用动力有限元和耦合振动理论 ,建立了高速磁浮车辆 -轨道梁动力学模型 ,通过仿真计算后 ,得到了系统动力响应特征 ,为磁浮车辆平稳运行及高架线路优化设计 ,提供了理论依据。在此基础上 ,为保证运行安全 ,又对轨道梁设计提出了建议并给出了降低振动的措施。     

钢轨接头轨缝值和行车速度对轮轨垂向振动的影响

为了分析轨缝值与行车速度对车辆通过钢轨接头时产生的振动与噪声的影响程度,利用有限元方法,建立了车辆—轨道垂向耦合动力计算模型;该模型的车辆采用整车模型,共10个自由度;轨道结构采用3层弹性点支承有限长欧拉梁模型,共402个自由度;系统的激励大小可由轨缝值和行车速度推导出来,并运用赫兹非线性接触理论计算轮轨之间的相互作用力。采用该模型,结合快速显式迭代积分法和MATLAB6.5强大的矩阵分析功能,对不同轨缝值和车辆行驶速度条件下钢轨接头的动力响应进行了计算,为减振降噪提供理论依据。     

隧道内无砟轨道上拱变形特征及行车安全性研究

为评估高铁隧道内无砟轨道上拱变形对行车安全性的影响,基于实测数据获得无砟轨道上拱变形特征,从而建立仰拱填充层-无砟轨道-车辆系统动力学计算模型。利用计算模型获得不同无砟轨道上拱变形特征对车辆动力响应的影响,进而评估高速行车安全性。结果表明：高铁隧道内无砟轨道上拱变形的实测波长主要范围为3～30 m,幅值主要范围为0～8 mm,其中,以波长10 m、幅值2 mm的上拱变形为主。上拱波长不超过6 m时轮轨力峰值较大,上拱波长在12 m左右时车体垂向加速度峰值较大。波长6 m左右的上拱变形对高速行车安全性的影响显著,具有一定的脱轨风险,应重点关注。     

城际铁路地下段运营振动对上部埋地燃气管道的影响

以某城际铁路下穿埋地燃气管道工程为例,应用车辆-轨道耦合动力学理论建立了车辆-轨道垂向耦合动力学模型,计算了250 km/h行车速度下的钢轨扣件支点反力;利用ANSYS建立了包括轨道、隧道结构、土体和燃气管道的三维有限元模型,以钢轨扣件反力为输入荷载,分析了列车运营条件下燃气管道的振动响应特性,并分析了会车对燃气管道振动响应特性的影响。结果表明,当列车单向运营速度为250 km/h时,燃气管道的最大振动加速度为1.175×10~(-3)m/s~2。如果在管道下方会车,列车运行振动对埋地燃气管道的影响范围显著增大,振动位移幅值和加速度幅值增幅分别为85.2%和75.8%,最大位移为2.21×10-5m,最大振动加速度为2.12×10~(-3)m/s~2。根据预测计算结果判断,本工程列车单向运营引起的埋地燃气管道的振动烈度小于I度,会车时振动烈度略大于I度。     

基于车桥耦合振动的高速铁路系杆拱桥吊杆优化布置*

为研究吊杆布置形式对系杆拱桥动力特性的影响,以建成的某主跨度128 m系杆拱桥为工程背景,将车速、吊杆布置形式作为影响因素建立全桥有限元模型;车辆动力模型采用CRH2型动车组,并利用有限元软件ANSYS以及UM（Universal Mechanism）动力学分析软件联合进行仿真分析;研究桥梁结构的吊杆布置形式以及列车过桥运行速度对系杆拱桥结构自振及动力响应的影响。结果表明:斜吊杆拱、网状吊杆拱能明显提高面内振动的自振频率,对面外振动影响微弱;随着速度的增加,位移、加速度、冲击系数等大致呈增大的趋势,且速度等级越高其增大趋势越显著,桥梁的各项动力响应参数均在规范允许限值内;3种不同吊杆布置形式相比较,桥梁跨中横向位移基本不变,网状吊杆拱可以明显降低跨中竖向位移峰值。     

地铁线路隧道沉降对车辆-轨道系统力学特性的影响

为评估地铁线路隧道沉降对车辆-轨道系统力学特性的影响,基于有限元(FE)方法和车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁车辆-轨道-下部基础动力学耦合模型,并以北京某地铁线路为例,分析沉降作用下系统的静、动力学特性。研究结果表明:上部不平顺幅值与沉降幅值基本呈1∶1传递;在沉降区边界道床有拉裂的风险;车辆进入沉降区域后,轮轨垂向力因下凹曲线变化率影响出现冲击-减载-平稳-冲击现象;随着沉降量的增加,车辆动力学指标基本呈线性增长,沉降幅值从5 mm增长至20 mm,车体加速度峰值由0. 167 m/s~2增加至0. 259 m/s~2,增加了55. 08%。     

基于ADAMS/Rail的直线电机轨道交通安全性研究

阐述了直线电机轨道交通的技术特点,并就其安全评价体系做了介绍,应用ADAMS/Rail软件分别建立了轮对、构架、悬挂系统、止挡、自导向径向转向架、直线电机以及车体的模型,并考虑轮轨关系组合为直线电机轨道交通的车辆-轨道耦合动力学整体模型,进行了大量的计算仿真。笔者主要以脱轨系数为例进行了动力响应分析,给出考虑了径向转向架和直线电机后的安全评判指标,比较了与径向转向架和未安装直线电机的区别,验证了模型的正确性和有效性。为后续研究直线电机轨道交通车辆-轨道耦合动力学模型提供了理论基础,从而可以进一步从安全性角度研究线路设计参数。为我国今后直线电机轨道交通建设就线路参数对车辆运行安全性的影响研究方面起到理论指导作用。     

地震作用下列车过桥安全性分析

通过建立的地震荷载作用下车桥系统动力响应分析模型,对不同的高速列车在典型地震荷载作用下通过秦沈客运专线上多跨双线简支箱梁桥的全过程进行了仿真分析,对影响地震发生时高速铁路常用跨度简支梁桥动力响应行为和车辆运行安全的主要因素进行了分析和研究,其结果表明增大桥梁结构的阻尼比可有效改善桥梁本身的抗震性能,但对提高列车在地震时过桥的安全性意义不大;地震作用使车体的横向振动加速度以及脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力等各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,因此,在评价地震作用下高速铁路简支梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响;给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析

结合某铁路大桥预应力钢丝锈断后梁体的受力性能分析,对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性评估方法进行了探讨。首先,用静载试验加载方法对腐蚀梁体进行了实桥试验,分别对每孔2片T型梁的跨中挠度、支座压缩量、跨中及L/4截面混凝土应力、内梁预应力钢丝锈断截面处的混凝土应力进行了测试;然后,对受腐蚀预应力混凝土桥梁进行了有限元分析。介绍了正常梁体和腐蚀梁体的有限元模型、有限元网格剖分建立。在预应力梁体的耐久性分析中,应重点考虑预应力筋锈蚀的影响,并给出了预应力筋的简化分析模型。通过对梁体有限元计算结果和试验值的比较,验证了计算模型基本上能准确地反映梁体的受力情况,说明可以采用有限元方法对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性进行评估。     

大跨度钢结构人行悬索桥受力性能对比分析

为了提高大跨度钢结构人行悬索桥的安全性能,以某实际工程为依托,采用有限元软件Midas/Civil建立整体空间模型,分析单缆体系和双缆体系在人群荷载和风荷载作用下的受力特点以及自振频率特性。结果表明:人群荷载作用下,双缆体系的底缆承担更多荷载,主梁挠度相比单缆体系减小约15%;风荷载作用下,两种结构体系主梁弯矩和挠度的变化趋势比较相似,双缆体系的弯矩和挠度均小于单缆体系;双缆体系的侧弯频率、竖弯频率、竖振频率以及侧振频率相比单缆体系均有所增加。双缆体系具有更优的力学性能,提高了工程安全性,并为类似工程的桥型选择提供有力参考。     

基于高速列车作用引起的铁道线路垂向动态响应的研究

研究了在高速列车作用下，由运行质量变化和沿线路方向的弹性基础支撑的非均匀性等所引起的对铁道线路的垂向动态响应。在时域内使用FEA法推导建立了高速列车／线路系统相互作用的运动方程，通过使用数值积分算法，分析了车辆运行速度、移动质量、线路的弹性基础支撑及其非均匀性等参数变化对铁道线路动态性能的影响，通过与通用分析模型结果进行的对比显示了良好的一致性。研究表明轨枕失效区域对钢轨的动态响应影响显著，在非均匀弹性基础支撑上钢轨的变形与移动质量的大小成反比，但在均匀基础支撑上钢轨的变形则与移动质量的大小无关。     

先张法预应力空心板桥简支转连续加固方法

先张法预应力空心板桥在服役过程中会出现跨中挠度过大、预应力钢束配筋不足以及预应力损失过大等问题,从而导致桥梁线型不正常、抗弯承载能力不足,再加上先张法钢束不上弯,不能更好参与抗剪,往往会使得支点截面产生抗剪能力不足的现象。要使桥梁同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求,需对其加固。对于多跨简支体系的先张法板桥,较好的方法是采用简支转连续的加固方法。以云南玉溪黑箐桥简支转连续加固为例,分别采用理论计算和荷载试验的方法对该桥进行分析。理论计算的结果表明:体系转换后,跨中弯矩、挠度明显减小,达到了加固效果,提高了桥梁的抗剪、抗弯承载力和抗裂性。荷载试验结果表明:简支转连续加固后,空心板底缘应力平均降低13.2%、挠度平均减小20.7%,结构刚度大幅度提高。     

预应力RC梁抗火性能试验研究与有限元分析

为了考察预应力钢绞线张拉控制应力和梁的持荷水平两个因素对无粘结预应力混凝土梁抗火性能的影响,基于 ISO834标准升温曲线,对4根无粘结预应力混凝土梁进行恒载升温试验,同时应用ANSYS有限元软件建立无粘结预应力混 凝土梁有限元模型,进行恒载升温过程的有限元数值模拟。结果表明:有限元计算结果与试验结果符合较好;预应力钢 绞线张拉控制应力越大,预应力损失速度越快,梁变形速率越快,耐火性能越差;梁上作用荷载水平越高,跨中挠度越 大,变形速率越快,耐火极限越小。     

高速公路路基设计参数对车辆运行品质的影响

车辆—路基耦合而产生振动 ,为了更好地分析两者之间的相互作用 ,笔者提出了车辆—路基竖向耦合振动模型 ;并利用该耦合振动模型及二维有限元方法 ,探讨了高速公路不同路基设计参数对车辆运行品质的影响规律。研究结果表明 :路基刚度的变化对车辆竖向振动加速度的影响较大 ;路面平整度与车辆竖向振动加速度几乎成线性关系 ;随行车速度的增加车辆的舒适度将降低。     

基础弹性刚度变化对铁路简支梁桥地震响应的影响研究

以某特大铁路简支梁桥为例 ,考虑m值变化对基础弹性刚度的影响 ,笔者建立了铁路简支梁桥单墩有限元计算分析模型 ;运用大型通用软件ANSYS ,采用时程分析方法 ,对不同地震输入激励条件下的桥墩动力响应进行计算研究 ;研究结果表明 ,m值变化引起的基础竖向刚度的变化对桥梁结构地震响应的影响较大。笔者的研究成果为硬土质基础的铁路简支梁桥的抗震安全设计 ,提供了重要参考。