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.     

混凝土徐变对柔性车体列车-桥梁系统动力响应影响分析

为了解决高速铁路混凝土简支梁桥徐变引起桥上轨道结构发生附加变形,进而影响桥上列车运营品质的问题,建立了柔性车体列车-桥梁系统动力分析模型,并以高速铁路常见跨度32m和24m预应力混凝土简支梁为例,分析了混凝土徐变对桥上CRTS III型无砟轨道结构附加变形的影响特点,并进一步研究了轨道结构附加变形对桥上列车运行安全性及平稳性的影响规律.研究结果表明:延长铺轨时间可有效防止混凝土桥梁工后徐变引起的轨道结构附加变形量超出规范限值;梁体徐变下挠情况会使梁端区域的轨道结构出现凸起折角,列车通过这一折角时轮对动轴重会急剧减小,可能出现"轮轨分离";梁体徐变对运行舒适性指标的影响远大于对运行安全性指标的影响,同时,忽略车体柔性会低估梁体徐变对车辆运行舒适性的影响.     

混编货车通过中小跨度桥梁时车桥振动分析

运用基于蠕滑理论的车桥耦合振动空间分析程序，分析了混编货车通过铁路上标准32m跨径预应力混凝土简支梁时的车桥振动特征．从列车在不同加载位置对桥梁的作用以及桥梁对车辆的反作用的角度出发，结合车桥的动力特性，揭示了混编货车过桥时，一般桥梁振动响应较大、轻车容易发生脱轨事故的机理——混编货车由于轴重差别显著，对桥梁产生周期性的大幅值的强迫荷载，导致桥梁振动剧烈，而桥梁的振动加剧又对轻车产生强烈的反作用．     

高架轨道交通引起环境振动的实测与数值模拟

从现场实测和数值模拟 2个方面分析研究上海高架轨道交通明珠线引起的环境振动实况、发生机理及振动传播规律 .根据实测资料提出了预测明珠线引起环境振动振级的统计回归公式 .建立了车 -桥子结构和框架 -地基基础子结构 2个体系的分析模型及计算方法 .计算了典型区段在列车通过时引起的沿线环境振动 .数值模拟分析结果表明 ,用提出的分析模型和计算方法算得的环境振动振级与统计回归公式符合较好 .     

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。     

双向隔震铁路桥梁与列车的耦合振动响应研究

为了研究铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能,本文首先建立一座三跨隔震桥梁三维模型,然后对双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动进行分析,研究其机理.结果表明,隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,支座阻尼对桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显,对桥梁上部结构扭转角和竖向位移的影响可以忽略不计.桥梁横桥向的隔震周期的增大,使车体横摆、侧滚振动位移响应更加剧烈,对车体各个自由度的加速度响应影响可以忽略不计;隔震支座阻尼的增大对车体横摆、侧滚角、摇头角、沉浮和点头角位移响应以及对车体各自由度的加速度响应影响较小.     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

轨道不平顺短波分量对列车-简支梁桥耦合振动的影响

轨道不平顺作为车-桥耦合振动的主要激励源,直接影响桥梁及高速列车运行的安全性和舒适性.为研究轨道不平顺中短波分量对列车-简支梁桥耦合系统动力响应的影响规律,以高速铁路32m简支箱梁为例,采用德国高速低干扰轨道不平顺谱生成轨道不平顺样本,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力学分析模型.对比分析了5种不同最短截止波长的轨道不平顺样本对耦合系统振动响应的影响规律.研究结果表明:轨道不平顺样本中1m左右的短波长分量会显著增加轮轨力、轮重减载率、脱轨系数和桥梁跨中加速度,但对桥梁跨中位移、轮轨偏移量和车辆振动加速度的影响较小;1~2m的短波长成分是引起轮重减载率超标的主要因素,减少轨道不平顺中1~2m的短波长分量可以有效提高列车行车安全性指标.     

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动，为此结合天津轻轨工程分析了考虑土一结构相互作用（SSI）效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应（即墩底固接）的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中，建立了27个自由度的车辆模型；在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟；在考虑SSI效应中，以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明，考虑SSI效应，对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著，而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大，其中横向位移最大增幅达90％，扭转角最大增幅接近38％．可见，处于地基软弱地区的铁路桥梁，SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．     

上承式铁路拱桥动力分析与验证

沪昆客专北盘江大桥为上承式混凝土铁路拱桥。大桥建成后,相关单位利用动态检测方法获取了CRH380动车以不同速度通过大桥时的多项动力响应,并分析评价了桥梁的动力性能。为探究动力仿真分析方法的模拟效果,本文以该桥为背景,采用MSC系列软件建立列车-轨道-桥梁动力学仿真模型,采用德国低干扰谱作为动车组的轨道不平顺激励,模拟列车过桥的全过程,获得桥梁结构的动力响应规律,并将仿真分析结果与实测结果进行对比验证。分析结果表明：大桥一阶横弯与竖弯频率计算值分别为0.301Hz和0.588Hz,与实测的横弯频率0.29Hz、竖弯频率0.57Hz接近;采用德国低干扰谱,其波长和幅值能较好地模拟动车组通过大桥的动力响应,数值仿真计算和实车动态测试的结果接近。