准高速列车-轨道时变系统空间振动随机分析

以准高速列车构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源,作准高速列车－轨道时变系统空间振动随机分析．首次算出了与实测时程波形图相当接近的轨枕空间振动时程波形图,计算的响应最大值与国内外实测最大值接近．     

弹性支承块式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

为研究高速列车-弹性支承块式无碴轨道系统的动力学性能,提出一种竖向振动分析方法。其原理是:将高速列车的动车和拖车模拟为具有二系悬挂的多刚体系统;将弹性支承块式无碴轨道模拟为具有24个自由度的轨段单元的集合;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立此系统竖向振动矩阵方程,并采用Wilson-θ数值积分法求解,计算速度为200km/h时此系统竖向动力响应,研究轨道刚度对此系统竖向振动响应的影响规律。研究结果表明:钢轨竖向位移最大为1.125mm,支承块竖向位移最大值为0.522mm,并且计算波形图可以反映列车编组;钢轨扣件竖向刚度的合理取值范围为60~80kN/mm,块下垫层的竖向刚度宜大于80kN/mm。     

一种无碴轨道动力学建模的新方法

针对无碴轨道(以博格板式轨道为例)结构特点,提出横向有限条与板段单元动力分析新模型。将高速列车(以中华之星为例)的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立高速列车-无碴轨道时变系统竖向振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。分别采用传统的静力模型和横向有限条与板段单元动力分析模型,计算并比较钢轨与博格板的静、动态竖向位移最大值,得出车速为200km/h时此系统竖向振动响应时程曲线。计算结果表明,钢轨与博格板的静、动态竖向位移最大值接近,计算值均在通常值范围内,说明所提出的新模型正确、可行。     

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。     

城市轨道交通列车-浮置板式轨道系统竖向振动模型

针对浮置板式轨道结构特点,取相邻2个扣件之间的轨道为1个轨段单元,钢轨视为连续弹性点支承Euler梁,浮置板视为弹性薄板,扣件系统及橡胶支座均模拟为线性弹簧及粘滞阻尼器,建立浮置板式轨道振动模型;将城轨列车中的车辆均离散为多刚体系统,各刚体之间通过线性弹簧及粘滞阻尼器相连,建立列车振动模型;将浮置板式轨道及列车振动势能叠加,得到系统竖向振动总势能：基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统竖向振动矩阵方程;采用Wilson-θ逐步积分法求解此矩阵方程,得出此系统竖向振动响应。研究结果表明：采用浮置板式轨道振动模型计算的钢轨竖向位移为4．18mm。浮置板竖向位移为0．69mm,与已有研究结果吻合良好：城轨列车以速度60km／h在浮置板式轨道上运行时的系统竖向振动响应波形图符合物理概念,响应的量值反映了系统竖向振动的通常幅值。     

三线铁路预应力连续梁桥列车-桥梁时变系统空间振动分析

在列车-桥梁时变系统横向振动能量随机分析理论的基础上,采用26个自由度的列车空间振动模型,以考虑箱梁翘曲影响的空间梁单元模拟桥梁结构,建立多线铁路箱梁桥列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及蛏向激振源,计算列车以不同车速通过桥梁的空间振动响应,并对该大桥的竖向横向刚度做出评价。研究结果表明：在各种不同列车、不同行车情况下,列车走行舒适性均在“良好”标准以上;该桥具有足够的横向（横向位移为6．36mm）和竖向刚度（竖向位移为131．25mm）。     

高速列车构架蛇行波实测统计分析

为完善运营速度290和300 km/h的高速列车轨道(桥梁)时变系统横向激振源的基础资料,基于实测的高速列车构架蛇行波资料,运用工程概率数值分析方法,对高速列车构架蛇行波标准差σ进行了统计,并运用三角级数模型及Monte-Carlo法随机模拟出高速列车人工构架蛇行波.研究结果表明,随着速度由290 km/h上升到300 km/h,高速列车构架蛇行波标准差σ_p(p=99%)由0.238 3g上升到0.245 1g,且高速列车人工构架蛇行波峰值分别为0.843g,0.883g,与实测构架蛇行波峰值接近,初步验证了构架蛇行波标准差σ_p的合理性,从而为高速列车轨道(桥梁)系统横向振动分析提供了良好的激振源.     

列车-轨道-地道桥时变系统振动分析

建立了列车 轨道 地道桥振动分析模型,其中车辆(包括机车)表示成19个自由度的多刚体系统模型,直线轨道离散成30个自由度的空间轨道单元,地道桥划分为46个自由度的空间框架单元;运用弹性系统动力学总势能不变值原理和"对号入座"法则形成空间耦合时变系统的振动方程;根据振动能量随机分析理论,以人工构架蛇行波和轨道竖向不平顺为激振源,对该系统的各种响应进行分析.计算结果与实测结果比较接近,表明所建立的车轨桥模型和采用分析方法用于地道桥车振分析切实可行.     

火车振动对建筑物及人体舒适性影响的研究

结合郑州铁路沿线某一高层建筑,通过现场实测和问卷的方法,对列车诱发的邻近建筑物振动进行了分析研究.得出了以下结论:随着楼层的增加建筑物的竖向振动先减小后增大,振动最弱楼层为第六层,竖向高频振动在建筑物的中部有被过滤现象;随着楼层的增加建筑物的水平向振动呈现增大减小再增大的趋势,各层的水平向振动典型频率均在60 Hz左右;不论是水平向振动还是竖向振动,在建筑物的顶部均呈放大趋势.实测和问卷结果表明,列车运行对实测建筑物造成的影响满足规范舒适性限值要求,列车没有对该栋建筑物的居民生活造成影响.     

地铁隧道列车振动特性试验研究

为获取隧道内列车荷载的振动特性,对某地铁区间隧道进行了试车试验.分析了扣件类型、列车运行速度等因素对荷载特性的影响;基于隧道断面的实测结果分析了其振动传播规律.结果表明:当地铁列车以60km/h通过时,实测振动源强均值为70.41dB;沿隧道断面的振动幅值逐渐减小,且荷载的高频分量逐渐衰减,钢轨竖向加速度最大,且以100Hz以上的高频分量为主;道床顶面和隧道基底的振动量值接近,且远大于隧道侧壁;随着车速增加,各测点的竖向分频振级逐渐增大,且低频段的振级增加更为显著,但车速的增加并未改变荷载的主频段,且随着车速增加,道床与隧道侧壁之间的振动传递损失增大;扣件类型对荷载的分频振级有较大影响.     

高速铁路列车对既有结构的动力影响分析

本文研究高速列车通过桥梁时,其对周围环境和既有建筑结构的振动影响分析方法。研究中,采用车桥耦合方法计算列车通过桥梁时的轮轨间竖向相互作用力,进而得到桥梁基底作用力并以Duhamel时程积分推算列车通过时临近结构物的振动状态,评估新桥高速列车通过对旧桥的动力影响程度。     

体育馆大跨度预应力次梁楼盖竖向振动模态分析

以重庆市铜梁县新城核心区小学建设项目3#楼(体育馆)工程为背景,对其大跨度预应力次梁楼盖竖向振动模态进行模拟分析,并与实测结果相比较,评价其控制竖向振动舒适度的效果。根据建模思路精确建立的该大跨楼盖有限元模型,其模态分析结果与模态实测结果接近,相对误差约为5%;模拟分析及工程实测结果表明,该大跨楼盖前三阶振型均以竖向振动为主,结构自振基频满足我国现行相关规范的要求,竖向振动舒适度符合标准;与无底板的大跨次梁楼盖相比,增加底板后,其增幅最小的一阶频率增长了19.9%,表明增加底板可有效地控制大跨度预应力次梁楼盖的竖向振动。     

客运专线板式无碴轨道动力设计参数

基于高速列车-板式无碴轨道时变系统竖向振动分析理论,研究了车速、轨道几何不平顺幅值、CA砂浆刚度及阻尼等动力学参数对此系统竖向振动响应的影响规律。在此基础上,进一步得出了合理的CA砂浆刚度取值范围。研究结果表明:高速列车-板式无碴轨道系统竖向振动响应均随车速及轨道几何不平顺幅值的增大而增大;合理的CA砂浆刚度取值范围为1.0~1.5 GPa/m;CA砂浆阻尼应尽可能取较大值,有利于降低轨道板的振动,延长板式无碴轨道结构的使用寿命。     

地铁车辆段试车线列车振动影响的试验研究

国内很多城市的地铁车辆段正在规划和实施上盖物业开发,为了分析和评价地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响,对广州地铁3号线厦滘车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测,在时域和频域内分析了振动的传播特性,并将实测结果与我国环境振动标准进行对比和分析.研究结果表明:当车辆段试车线列车正常运行时,临近地面竖向振动明显大于水平振动,实测的最大竖向振动加速度级为66.4~91.2 d B,竖向振动的响应频带为10~120 Hz,竖向振动峰值出现在25~40 Hz之间;试车线列车运行引起临近建筑物的最大振动加速度级为48.9~76.2 d B,振动沿结构物向上传播时,振动频率成分主要是5~60 Hz,楼板振动分频最大加速度级出现在20~25 Hz之间;在距离轨道0~30 m范围之内,地面振动与建筑物振动均已经超过相关国家振动标准,地铁车辆段上盖物业开发时在试车线临近区域采取减振设计措施控制环境振动影响十分必要.     

习营钢管混凝土拱桥动力特性分析

基于有限元方法,以ANSYS为平台建立了南阳淅川段习营下承式钢管混凝土拱桥三维有限元模型,采用子空间迭代法求解桥梁的自振频率和振型,并结合桥面振动实测频率,验证了桥梁模型的准确性.计算结果显示,桥梁1阶竖向振动频率的实测值与理论值接近,模型精度较高.拱桥第1阶振型为拱肋横向弯曲,第2、3阶振型均为桥面系竖向弯曲.低阶振型主要以拱肋的横向振动或桥面系的竖向弯曲为主,说明该桥拱肋横向刚度明显小于竖向刚度,桥面系横向刚度远大于竖向刚度,体现了下承式钢管混凝土拱桥的动力性能特征.计算结果为结构性能评估与抗震设计提供了依据.     

有砟及无砟轨道结构对货物列车运行安全性的影响

基于列车-有砟及无砟轨道系统空间振动计算模型,采用列车脱轨能量随机分析方法,分别计算货物列车在有砟、无砟轨道上的脱轨全过程,得出2种车轨系统横向振动极限抗力作功及其动力响应,分析货物列车的运行安全性、2种车轨系统的空间振动特性。研究结果表明:与有砟轨道相比,无砟轨道的抗脱轨能力最大可提高45.9%,车速为90 km/h时无砟轨道上车体竖向Sperling平稳性指标、轮对横向力、轮轨竖向力分别减小73.5%,22.1%和27.3%;无砟轨道各部件横向位移、加速度均小于有砟轨道相应值,而钢轨竖向位移大于有砟轨道相应值,但由于无砟轨道竖向位移主要由扣件承担,导致钢轨传至道床板的竖向位移衰减75.3%;无砟轨道各部件竖向加速度均大于有砟轨道相应值,产生的振动、噪声对周围建筑影响更大。建议在重载铁路新线设计中优先采用无砟轨道,但应采取减振降噪措施。     

货物列车编组对列车-桥梁系统空间振动的影响

基于列车、桥梁空间振动分析模型,利用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了列车-桥梁系统空间振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。研究了5种不同货物列车编组对列车-桥梁系统空间振动响应的影响,得出了一些符合物理概念的桥梁振动响应时程曲线。研究结果表明:机车、车辆轴重是影响桥梁竖向振动位移的主因;空载货车作用下的车桥系统横向振动响应比重车的要大;全列空车编组及空重混编是影响列车-桥梁系统横向振动响应的不利编组,而全列空车编组更为不利;在进行桥上货物列车脱轨分析时,宜采用全列空车编组;通过改善列车编组的方法可以提高列车-桥梁系统振动性能。     

车致“站桥合一”大型客站的振动响应

针对高速列车通过"站桥合一"客站所引起的客站振动问题,探讨车致客站振动响应特点、车致振动传播规律和客站振动主要影响因素。首先,以天津西站站房结构为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立"站桥合一"客站的列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学数值模型,分别采用多刚体动力学方法建立31自由度车辆模型,采用三维有限元方法建立轨道-客站系统模型,采用可分离式的非线性赫兹接触模型模拟轮轨接触。最后,对不同工况下列车-轨道-客站耦合振动进行分析。研究结果表明:客站以竖向振动为主,沿着与线路垂直方向和楼层高度方向,车致振动在传播的过程中快速衰减;客站动力响应及列车行车安全性指标符合规范要求,表明我国现行"站桥合一"大型客站结构设计安全度较高。     

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.     

高速列车司机室前窗框焊接变形

高速列车司机室前窗框由全铝合金空间曲梁焊接而成，焊接变形难以控制.采用固有应变法对某型号高速列车司机室前窗框进行焊接变形仿真分析，与实测数据对比表明：该方法预测高速列车前窗框的焊接变形准确、可行.