列车-上承式桁梁桥横向动力分析

将列车-上承式桁梁桥作为一个耦合的整体系统进行研究，上承式桁梁桥采用桁段有限元单元模拟，列车采用具有21个自由度的2系弹簧车辆空间振动模型，应用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，建立列车一桥梁时变系统的整体横向振动方程，使用机车车辆轮对或转向架实测蛇行波为激振源，计算了一列货物列车以5种不同速度通过桐模甸上承式钢桁梁桥时的列车-桥梁系统的横向动力响应，计算结果表明：采用本文方法计算列车-桥梁系统的横向振动是切实可行的，这为研究上承式桁梁桥的横向刚度及研究高速列车-桥梁振动提供一种方法。     

高速铁路钢桁架刚性拱桥车桥耦合振动分析

以1座跨径布置为99 242 99m的钢桁刚性拱桥设计方案为研究对象,将列车-钢桁刚性拱桥视为一个耦合的整体系统,应用动力学势能驻值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立列车-钢桁刚性拱桥时变系统的整体振动方程,采用直接积分法计算了高速列车通过该桥时的桥上列车振动响应全过程,着重研究了列车速度变化时对桥梁的挠度、车辆乘坐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。     

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。     

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.     

移动车载作用下多跨梁振动的模态空间控制

采用有限元法,利用车-桥单元建立了N个车辆作用下车-桥耦合系统的受控运动微分方程.采用独立模态空间控制法,通过独立控制少数模态实现了对移动车载作用下多跨梁振动的主动控制.对一列车-三跨桥梁系统计算了控制前后桥梁振动的位移动力放大系数和弯矩动力放大系数,计算结果表明独立模态空间控制能够较有效地抑制多跨梁结构的车致振动.     

多种垂向轮轨关系的对比及改进的车-线-桥系统迭代模型的建立

对比分析非线性赫兹接触、线性赫兹接触、刚性接触这3种轮轨接触模型对车-线-桥垂向耦合系统动力分析结果的影响,并建立改进的车-线-桥耦合系统迭代计算模型。车辆模型采用多体系统动力学建立,轨道-桥梁模型采用有限元方法建立,根据不同的轮轨接触模型,建立相应的轮轨力计算公式,并采用分离迭代法计算耦合系统振动响应。在数值算例中,以高速列车通过5跨简支梁桥为计算背景,对不同轮轨接触模型的仿真计算结果进行对比分析。针对传统车-线-桥耦合系统迭代计算模型计算效率低的问题,建立改进的迭代计算模型。研究结果表明:线性赫兹接触模型与非线性赫兹接触模型得到的车体加速度、轮轨力、钢轨和桥梁的位移和加速度均较吻合,但前者的计算效率较低;忽略轮对惯性力的刚性接触模型无法得到准确的钢轨和桥梁加速度;改进模型通过建立包含轮轨接触弹簧的车辆模型来提高车辆子系统的迭代稳定性,其计算效率比传统模型提高近7倍;为保证计算结果的准确性,车-线-桥耦合振动计算中应考虑时间步内的迭代计算。     

焦柳线酉水大桥上货物列车脱轨分析

结合自动控制理论，研究了桥上列车脱轨的力学机理，发现桥上列车脱轨是列车-桥梁时变系统横向振动丧失稳定的结果。根据桥上列车脱轨能量随机分析理论，对焦柳线酉水大桥上货物列车是否脱轨进行了计算和分析，并得到了列车脱轨时此系统振动响应的时程曲线；同时，提出了该桥在不采取加固措施的条件下预防列车脱轨的限速建议值，该值与该桥实车振动试验所确定的限速值一致。最后，指出我国《铁路桥梁钢结构设计规范》中制订连续钢桁梁桥横向刚度限值时存在的问题，论证了按列车脱轨能量随机分析理论重新制订桥梁横向刚度限值的必要性。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

列车作用下桥梁应力响应计算方法比较

为有效分析列车引起的桥梁应力响应,对车桥耦合动力分析法、静力影响线法及移动集中力法3种列车作用下的桥梁应力响应计算方法进行了深入的比较研究.采用3种方法对2座铁路典型混凝土简支T梁和下承式钢桁梁桥进行应力响应分析,基于桥梁现场实测数据对比分析了不同方法的计算结果,研究了列车速度和桥梁横向振动对应力结果的影响.结果表明:车速对桥梁应力响应有显著的影响,共振发生时3种方法的计算结果相差较大,消振条件下三者区别减小;由列车水平方向作用力引起的桥梁或构件横向振动对应力响应的贡献不容忽视;车桥耦合动力分析法能够更为真实地反映桥梁构件的动应力历程,在高速、桥梁横向刚度较低或列车局部加载的情况下尤其具有计算精度优势.研究结果可为3种不同计算方法的工程应用提供参考.     

车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析

现有车-桥耦合振动分析中车辆模型不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.为了进一步研究充气轮胎胎压对车-桥耦合振动的影响,基于LS-DYNA程序,采用线弹性橡胶材料模拟轮胎并定义轮胎内气压,结合常用重载三轴汽车的结构参数,运用弹簧阻尼单元及梁、壳单元模拟车辆悬架系统的动力特性,建立可分析车轮气压的三维车辆模型;并基于实桥试验结果及响应面法得到高精度有限元桥梁模型;通过显式求解程序LS-DYNA内置的接触算法,将车辆子系统和桥梁子系统联立耦合起来,形成显式的车-桥耦合振动分析模型.计算结果与实测结果对比分析验证了该方法的正确性,并分析了轮胎胎压对桥梁振动的影响.     

考虑节点刚域影响的钢-混组合桁架梁桥行车动力响应分析

为研究节点刚域对钢-混组合桁架梁桥行车动力响应的影响规律,以某新建桥梁为例,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展列车-轨道-桥梁耦合系统振动响应研究.分别采用有限元方法建立考虑节点刚域的轨道-桥梁子系统整体三维模型;采用多刚体动力学方法建立31自由度车辆子系统模型,应用轮轨空间滚动接触模型模拟轮轨间可分离的接触关系.首先分析了节点刚域对桥梁自振特性的影响;继而研究了节点刚域和行驶线路对列车走行性以及桥梁整体和局部杆件动力响应的影响.结果表明:考虑节点刚域显著提高桥梁刚度;同时,桥梁的竖向振动位移峰值和加速度峰值减小30.00%~35.15%;钢腹杆内力显著提升,其中弯矩会增大90.41%~224.02%;但节点刚域对列车行车安全性指标影响较小.双线行车较单线行车引起的桥梁动力响应显著增强,其中横竖向加速度峰值将分别增大114.29%和100%;钢腹杆的应力有所增加,但并非成倍增加.建议在研究钢-混组合桁架梁桥行车动力响应时考虑节点刚域的影响.     

天兴洲大桥主桥钢桁梁节间长度研究

在特大桥桥型方案的比选过程中往往忽略对节间长度的比选，这样所设计桥梁不一定是最优方案。详细介绍天兴洲大桥钢桁梁节间长度的比选过程，确定最佳节间长度，同时论述了节间长度比较的重要性。     

主跨1092m特大跨度斜拉桥动力特性分析

通过建立客车与钢桁主梁斜拉桥的车桥耦合动力分析模型,并根据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了车桥系统的空间振动矩阵方程。计算了列车以不同速度通过该大跨度斜拉桥的空间振动响应,基于合理的列车走行性评价指标,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性等动力特性,所得结果可为同类桥梁的相关评价分析提供参考。     

大跨度钢桁拱施工阶段空间受力特性分析

根据大跨度钢桁拱的施工特点和施工工艺,对朝天门大桥进行施工阶段静动力分析,探讨了大跨度钢桁架拱桥施工阶段的空间静动力特性,验证了拱上吊机悬臂拼装法施工的可行性.     

简支梁桥竖向线形变化对双线对开轻轨列车运行性能的影响

以轻轨列车-轨道-桥梁(LTTB)系统建模理论为基础,针对某双线对开轻轨列车通过多跨简支梁桥动力性能分析的工程问题,建立考虑线形变化的有限元模型,并充分考虑各子系统非线性特性、轮轨接触和轨道不平顺等因素;采用轮重减载率、车体振动最大加速度和Sperling指数评价轻轨列车的运行性能,研究了轻轨列车的过桥运行性能以及梁体线形变化对列车运行性能的影响.结果表明:所建有限元模型具有可视化建模、高效稳定求解等特点;随着车速增加,轻轨列车的运行安全性降低、运行平稳性变差;在同一车速条件下,梁体线形变化对轻轨列车运行安全性、平稳性的影响程度不同;针对案例,当梁桥线形变化时,轻轨列车运行性能由轮重减载率控制,在不大于设计速度80km/h运行(如桥墩沉降不大于30mm或梁体下挠/上拱不大于20mm)的条件下,轻轨列车满足运行安全性的要求.     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

预应力连续箱梁桥加固设计及验算

某预应力连续箱梁桥运营15年后,箱梁内外出现了较多的裂缝、钢筋锈蚀和台后填土沉降等病害,已影响桥梁结构的正常使用和安全。根据该桥的质量检测报告,提出了箱梁顶板采用增厚钢筋混凝土、箱室顶板内表面采用粘贴钢板和碳纤维相结合以及箱梁腹板粘贴钢板的加固方法。通过理论计算和荷载试验对加固后的桥梁承载力进行了验算和检测,结果表明,结构承载力和刚度都有明显地提高,能保证桥梁的正常使用。     

下承式钢桁结合梁桥面系的对比分析研究

钢桁梁-混凝土板组合梁桥是混凝土桥面板与钢桁架结合共同受力的一种新型组合结构。现对80m双线下承式钢桁结合梁-混凝土桥面板两种结合形式的有限元计算结果对比分析,研究桥面系和下弦杆的受力差异,通过对比分析得知,全结合桥面系结构较为合理。     

松原龙华松花江特大桥桥型方案优化设计研究

对松原市龙华松花江特大桥的桥型方案做了较详细的设计研究,论述了该桥桥型方案的设计过程,分别介绍了简支转连续T梁桥、预应力混凝土连续箱形刚构桥、双塔双索面预应力混凝土斜拉桥、中承式钢管混凝土拱桥和连续钢箱梁悬索桥等5种桥梁结构型式,将各方案从结构受力、施工养护难易程度、使用舒适性、桥梁美观及造价等方面进行比较,最后确定采用预应力混凝土连续箱形刚构桥.