基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

地铁引起环境振动的振源加速度

分析计算了列车运行引起环境振动的振源,即轨道作用于道床的振动加速度机制.建立了轮-轨-道床计算分析模型,将钢轨视为Winkler地基上无限长梁,建立并求解该梁的动力方程,得到列车移动静力产生的轨道振动加速度;根据Hertz接触理论,求得轮轨动接触力,利用Green函数模拟轨道因轨道不平顺和轮轨动接触力作用产生的变形,进而求得轨道不平顺和轮轨动接触力引起的轨道振动加速度;叠加上述两种加速度,即得列车引起环境振动的振源振动加速度;最后将理论计算结果和实测结果进行比较,吻合较好.     

列车一斜拉桥系统在风载作用下的动力响应

主要研究脉动风与列车荷载同时作用下斜拉桥的横向振动问题。首先建立了横风作用下并考虑了轨道不平顺和车辆蛇行的车桥系统动力分析模型，推导了体系平衡方程组，编制了有关的计算机程序；根据Ｄａｒｖｅｎｐｏｒｔ风速功率谱模拟产生脉动风样本，并将其作为系统的随机激励，在计算机上模拟列车过桥的全过程，按不同车速计算了桥梁跨中和桥塔的横向位移、加速度以及桥上车辆的横向振动加速度响应。以一铁路斜拉桥为例，着重讨论了在正常使用极限状态下当风速小于３０ｍ／ｓ时的车桥系统动力响应的一些问题。     

移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

列车与刚梁柔拱组合系桥系统的地震响应分析

主要讨论地震荷载作用时车桥系统的动力响应特征及对行车稳定性的影响。建立了地震作用下综合考虑输入地震波、轨道不平顺和车辆蛇行运动的车桥体系振动的动力分析模型，推导了体系动力平衡方程组。通过对系统输入各种典型的地震波，在计算机上模拟了列车过桥的全过程动力响应。计算了桥梁的线性和非线性响应，研究了列车荷载及桥梁下部结构刚度对地震响应的影响，以一座刚梁柔拱组合系桥为例，研究地震发生时桥上列车的运行稳定性和这种桥梁的位移、速度和加速度等动力响应特性。     

纵连板式无砟轨道简支梁桥动力响应试验研究

开展了行车条件下高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道-桥梁系统的动力响应现场测试,测试CRH380A-001型列车以285~350km/h时速通过时无砟轨道-32m标准预应力混凝土简支梁的动力响应.通过现场采集与数据分析,得到了钢轨、轨道板、底座板、桥面板的竖横向加速度幅值,桥墩顶纵横向绝对位移.结果表明:结构各层加速度在列车时速达到295km/h左右时,急剧增大,之后顺速降低,出现陡波峰;车致振动加速度响应自钢轨-轨道板-底座板-桥面板,自上至下呈明显的递减趋势,振动衰减较为明显.此外,基于实测的梁体自振频率与阻尼比,分析了梁体动挠度的简化计算方法,计算结果与实测梁体动挠度较接近.实验结果可为改进数值分析模型、验证计算结果提供依据.     

多工况激励下大跨度钢结构高铁站房振动响应的现场实测研究

基于太原南站钢结构站房健康监测系统,对站房结构在列车进站、出站、过站工况,人群检票进站工况以及施工荷载工况下钢结构站房的实测加速度响应数据进行分析,考察不同测试工况下钢结构站房的振动响应特性。结果表明:结构竖向加速度响应频率与列车加载频率呈倍频关系,站房在列车过站工况激励下的响应明显大于列车进站、出站工况,且均不会引起结构的显著振动;人群步频的1倍频与2倍频易激起结构竖向振动,但受步速限制,其等效峰值加速度(ESPA)最大值未超过规范限值;施工荷载激励频率在10 Hz以上,易激起X形钢柱竖向振动;等效峰值加速度曲线能较好反映加速度响应幅值的变化趋势,可用来评估大跨度站房结构的舒适度水平。     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。     

轨道结构上轮对相互影响系数的解析求法

为了建立更合理的频域车轨耦合模型,提出一种求解移动荷载状态激振下轨道结构上轮对相互影响系数的解析方法。该解析方法视离散支撑轨道结构为周期性的结构,首先在与列车轮载同速的移动坐标系下对Dirac荷载作用下钢轨的振动控制方程进行系列积分变换,并将影响系数化简为含有钢轨垫片中频域力的表达式,而后以传递矩阵方法求得该频域力,进而最终求得轮对的相互影响系数。研究结果表明:该方法计算准确度高,计算速度快,能很好地应用于频域车轨耦合模型中;列车在高速时采用定点荷载状态激振会产生较大误差,此时宜使用移动荷载状态激振。     

地铁列车荷载计算方法对盾构隧道动力响应的影响

采用地铁列车移动轮载、激振力函数法和数定分析法计算得到上海地铁列车荷载时程,考虑管片-土体及管片间的接触特性和纵向螺栓的连接作用,建立道床-管片-土体系统的三维动力有限元模型,分析比较了3种计算方法所得隧道结构动力响应的差异.研究表明:3种方法所得道床和土体单元动应力以及道床点位移时程曲线基本一致;基于实测数据的数定分析法适用于地铁列车荷载引起的环境振动评价,移动轮载和激振力函数法均会导致加速度频谱分布产生误差.     

列车随机激励下铁路站房结构振动响应分析

列车激励模拟是铁路站房结构振动响应分析首先要解决的问题,目前站房结构振动响应分析中列车激励时程多采用简单列车模型或典型频率谐载组合进行模拟.根据车辆随机振动理论,考虑完整的轨道不平顺谱和轮对间轨道输入相关性,模拟得到基于二系悬挂10自由度列车模型的列车随机激励时程,通过与现有实测数据及模拟时程对比,验证了所得激励时程时频域内的合理性.进行列车随机激励下天津西站大跨度站房结构振动响应分析,研究结构各层振动响应的频谱特性及RMS评价,结果表明：候车厅层振动卓越频率位于人体对竖向振动的最敏感频率范围内,应注意其对人体舒适度的影响.     

基于加速度多重基线校正的移动车辆下桥梁动位移间接测量方法

针对桥梁荷载试验中传统的动位移直接测量方法设备仪器安装复杂、操作难度大代价高、甚至在特殊条件下难以实现等问题，以现有相关研究成果为基础，提出一种基于实测加速度动静分离和多重基线校正策略的桥梁动位移间接测量方法。通过对加速度数据进行基线校正消除其整体偏移误差，利用快速傅里叶变换滤波消除高频噪声干扰，动静分离得到准静态和自由振动响应并分别积分后叠加。考虑动静响应特征差异提出一种新型多重基线校正方法，实现了趋势项误差的有效消除。基于所建立的位移估计方法框架和流程，通过20~40km/h多种车速下实桥现场动载试验获得的加速度和直接法动位移测试数据，对本文方法进行了试验验证。动位移估计值与直接测试值时程曲线吻合程度良好，峰值相对误差1.68%~5.29%，表明所提出的动位移估计算法具有较高的精度和工程适用性。     

基于加速度反演频域动载荷的一种正则化途径

基于加速度频响函数矩阵反演频域动载荷是病态逆问题,反求的结果精度差,对数据的小扰动敏感,基于Tikhonov正则化方法,提出一种反演途径,将测点响应与待求激励进行归一化变换,在此基础上引入变换后的频响函数矩阵和正则化泛函进行求解,应用广义交叉验证准则选取最优正则化参数.考虑简支矩形薄板上的4个动载荷的识别问题,分析激励点和响应测点的不同位置以及动载荷大小之间相差程度不同的4个算例,将本文方法与不采用归一化变换的正则化求解结果进行2种相对误差的均方根比较.结果表明,利用归一化变换可提高动载荷反演精度,增强正则化方法的抗噪能力,当测点之间的响应以及各动载荷大小相差较大时,明显改善了识别精度.     

寒区海上风电基础锥体动冰荷载

为了明确有冰海域加锥风电基础结构的动冰荷载模型,通过寒区风电基础锥体结构现场观测得到的海冰破碎特征数据,研究了随机动冰荷载模型在风电基础结构上的适用性;基于现场观测数据发现冰力周期和冰力幅值均服从正态分布。通过对海上风电结构及油气平台等不同尺寸锥体上测量数据的分析,建立了平均冰力周期和冰厚、冰速参数之间的关系式,对比实测周期,两者基本吻合。同时确立了平均冰力幅值与极值静冰力之间的关系,建立了锥体随机动冰荷载模型。结合此风电基础现场实测的海冰数据,模拟动冰荷载并施加到有限元模型中,对比数值分析结果与实测的结构响应加速度,结果表明两者在时域和频域上均吻合较好。可见构建的随机动冰荷载模型能够用于分析加锥风电结构抗冰性能。     

巨-子型有控结构在脉动风载作用下的时程分析

为进一步对巨-子型有控结构的动力特性进行分析,采用AR模型方法,首先对考虑空间相关性影响的水平脉动风速作了模拟.为弥补频域分析的缺陷,采用时程分析法求解巨-子型有控结构的风振响应,结果表明:巨-子型有控结构是一种有效的结构形式,与一般巨型框架结构相比能显著降低结构的风振响应,具有极大的工程应用前景.     

基于单人步行载荷参数的随机人群载荷模型

采用人行通道步行载荷测试系统,测试分析得到了单人步行载荷参数.在此基础上,综合考虑了人群分布、行人步频、步长、初始相位等随机因素,建立了一种随机人群步行载荷模型.以某人行桥为例,应用ANSYS有限元软件,对该桥在随机人群载荷作用下的动力学响应进行了分析.通过与实验测试的对比分析,表明采用该模型计算的人行桥响应与实验结果吻合性较好,从而验证了该模型的合理性与有效性.     

列车载荷下隧道联络通道动态响应的并行计算

以上海某大型双线隧道为例,建立了列车 隧道 联络通道 土体的大型三维有限元模型.基于上海超算中心曙光5000A,设计了列车隧道动态耦合均衡的分区方法,解决了因模型规模庞大而造成计算量大的问题.分析了列车载荷下联络通道结构的动态响应,比较了不同分区方案的计算效率.结果表明：列车载荷在联络通道与隧道连接部位引起的附加动应力较小,但该位置处于较高的应力水平,应尽量避免在联络通道位置汇车;列车隧道耦合均衡的分区方法比常用的递归坐标二分法具有更高的并行效率.     

RMG530减压阀随机振动疲劳分析

为了评估随机振动载荷下减压阀的安全可靠性,在减压阀振动机制分析基础上,利用有限元分析软件Workbench建立某天然气分输站RMG530减压阀阀体有限元模型,根据现场测得的随机振动载荷对减压阀进行振动响应分析,获得响应功率谱密度,最后依据修正获得的减压阀材料S-N曲线,应用有限元疲劳分析软件NCode,通过时域和频域方法对减压阀进行随机振动疲劳分析,计算阀体关键部位的疲劳寿命。结果表明:减压阀结构设计比较保守,振动载荷下最小寿命发生在进口管段到阀座的拐角处,时域疲劳计算最小寿命为41.79 a,频域疲劳计算最小寿命为38.81 a。     

动态载荷的频域识别方法

将动态载荷识别的频域方法归结为统一的形式 ,不论是随机激励还是确定性载荷 ,均可利用实测的系统响应及响应与激励间的广义传递矩阵进行动载荷的识别 .通过对识别过程中精度影响因素的分析 ,提出利用计算机模拟方法选择响应测点以提高识别精度的方法 ,有利于工程应用 .