地震作用对钢桁梁桥车桥系统耦合振动的影响分析

为了研究地震对车桥系统耦合振动的影响,采用最小二乘法对地震加速度进行校正拟合,消除位移时程因直接对加速度时程积分出现的漂移现象。根据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,将轨道不平顺作为系统的自激激励源,地震作为外部激励,建立考虑地震作用的车桥系统耦合振动方程。并以某钢桁梁桥为例,采用计算机模拟的方法,建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,研究地震对车桥系统耦合振动的影响。研究结果表明:在地震作用下,桥梁的动力响应主要取决于地震力,横向地震波对车辆与桥梁的横向动力响应具有非常重要的影响;竖向地震波主要影响车桥系统的竖向振动,对横向振动影响很小;但是,竖向地震波对脱轨系数、轮重减载率、车体竖向加速度的影响较显著,因此,在评判桥上列车的运行安全性时必须考虑竖向地震波的影响。     

铁路斜拉桥的地震响应特性研究

通过对典型铁路斜拉桥在地震作用下的响应分析，研究了斜拉桥这种适用跨度大、空间受力性能优越的桥型的抗震性能。结果表明，影响斜拉桥在地震作用下的响应特性及桥上运行列车稳定性和安全性的因素主要是桥、车的动力特性及输入地震激励的物理特性。通过对不同结构参数、列车速度和地震作用条件下桥车响应的对比分析，得出了行车速度、桥梁横向刚度（宽跨比）、桥梁下部结构刚度以及不同输入地震激励对桥梁地震响应的影响规律与特点。     

摩擦摆支座对高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震分析

为研究摩擦摆支座(FPB)对地震下高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震作用,基于ANSYS和SIMPACK平台,建立了高速列车-多跨简支梁桥耦合系统的三维有限元模型.模型中采用104~#力元模拟FPB,将轨道不平顺和地震力作为耦合系统的激励,开展了FPB对地震荷载下车-简支梁桥耦合系统的减隔震研究.结果表明,在El Centro地震波作用下,车-桥系统的动力响应随着车速、地震强度、墩高度的增大而增大.地震强度小于0.12g时,FPB能减小车-桥系统除墩顶横向加速度以外的其他动力响应,车速越大、墩身越高, FPB的减振效果越显著;地震强度大于0.12g时,FPB会增大车桥系统的动力响应.建议在高速铁路简支梁桥减隔震设计中,墩高不宜超过16 m,摩擦摆支座的参数应根据具体桥梁进行选择.     

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。     

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．     

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.     

设置双向隔震支座铁路桥梁的耦合振动响应

利用有限元软件ANSYS建立了一座三跨隔震桥梁三维模型,并利用Matlab编制双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动分析程序,研究了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.分析结果表明: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,而扭转角和竖向位移变化不明显;桥梁横桥向的隔震周期较大时,支座阻尼对列车作用引起的桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显;随着桥梁横桥向隔震周期的增大,车体横摆、侧滚振动位移响应显著;隔震支座阻尼对车体横摆、侧滚位移响应有一定的衰减作用;横桥向的隔震周期和隔震阻尼比的不同对车体摇头、沉浮和点头位移响应影响较小.     

重载列车提载对简支T梁桥动力响应的影响

为研究重载列车提载对既有铁路简支T梁结构动力响应的影响,以常用跨度16、20、24和32 m预应力混凝土简支T梁为例,建立重载列车-轨道-桥梁三维耦合精细化有限元模型;选取朔黄铁路线上一座典型预应力混凝土简支T梁桥进行了现场试验,验证了有限元模型的准确性。计算重载列车作用下车桥系统的动力响应,探讨重载列车提载对桥梁结构动力响应的影响规律,并对既有铁路典型桥梁进行列车提载适应性分析。结果表明:采用同种货物列车车型时,各跨度桥梁的位移响应随列车轴重的提高呈近似线性增加关系,加速度响应随列车轴重的提高有所增大;采用不同货物列车车型时,各跨度桥梁的动力响应随列车轴重的提高波动较大,其变化与轴重提高的相关性不明显;列车车体长度和车辆定距对跨度较大的桥梁影响较大,当桥梁跨度很小(小于8 m)时,重载列车对桥梁所产生的动力响应仅与轴距有关。当列车轴重提至30 t及以上时,既有铁路典型桥梁横向动力响应偏大,应进行横向加固。     

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.     

地震作用下车辆-公路桥梁耦合作用的能量机理

由于地震作用下车辆和公路桥梁相互耦合作用的复杂性,目前对其相互作用机理的研究较少,导致各国现行公路桥梁抗震设计规范关于桥梁在地震作用时是否需要考虑活载作用仍然存在分歧.现有研究表明,车辆既可能对桥梁的地震响应产生有利影响,也可能产生不利的影响.本文在已有的研究基础上,对车桥耦合接触行为进行简化模拟,采用能量法对车辆-公路桥梁耦合作用机理进行分析.结果表明：车桥耦合作用对输入到桥梁水平方向能量的影响可以忽略不计,但会导致输入到桥梁竖向总能量的减小,因而使桥梁的竖向地震响应减小,而输入到车辆竖向的能量则主要来自桥面振动;此外,车辆质量越小,桥梁振动产生的对车辆水平方向的能量输入越大.     

高速铁路双线简支梁桥空间振动响应分析

研究高速铁路双线简支梁桥的空间振动响应．建立了考虑双线简支梁在车辆蛇行和单线行车时的偏心荷载作用下车桥系统空间耦联作用的振动力学分析模型,以２０ｍ和４８ｍ简支梁桥为例,在计算机上模拟列车过桥的全过程,通过分析动力响应,得出了一些有工程意义的结论．     

动力指纹线方法在车桥共振分析中的应用

铁路桥梁的动力行为（动挠度、动加速度）是桥上高速列车运行安全控制的重要指标之一。为此,基于列车动力指纹线和桥梁动力指纹线的概念,将列车激励简化为一组移动集中力,从理论上推导出了列车动力指纹线的数学表达式,提出了简支梁跨中竖向最大加速度的简化计算方法,据此得到车桥发生共振时列车速度,从而可以快速计算简支桥梁的动力行为。通过实例验证了文中方法的可行性,并分析了车桥共振的发生机理、影响参数,以及桥梁加速度计算时高频成分的影响。     

无推力式钢桁系杆拱桥动力特性及列车走行性分析

通过建立客车与无推力式钢桁系杆拱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”,导出了系统的空间振动矩阵方程。本文分析了无推力式钢桁系杆拱桥的车桥动力响应特点,并进行了列车走行安全性与乘客舒适性分析。     

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.     

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.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

收缩徐变对高速列车-轨道-桥梁系统动态特性的影响

收缩徐变效应在高速铁路混凝土桥梁的施工和建造过程中是不可避免的,其会引起桥梁的变形,诱发高速列车运行安全平稳性受到影响。针对该问题,首先选取中国高速铁路中大量采用的32 m简支箱梁桥结构,考虑结构配筋及施工步骤,建立有限元模型,采用JTG2012标准中的收缩徐变模型,分析收缩徐变引起的桥面变形。在此基础上,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,将收缩徐变导致的桥面变形视为边界条件,建立考虑收缩徐变的高速列车-轨道-桥梁耦合动力学模型。最后,借助该模型,研究收缩徐变效应对高速列车乘坐舒适性和运行安全性的影响规律。研究结果表明:收缩徐变效应主要影响高速列车的动态特性,而对轨道和桥梁结构的动力学行为影响较小;在收缩徐变效应下,高速列车运行安全性和乘坐舒适性可以得到保证。     

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.     

高速铁路连续梁桥动力响应分析

介绍了铁路连续梁桥在高速列车作用下，冲击系数和列车运行舒适度的研究．计算表明，连续梁桥的冲击系数和列车舒适度，比简支梁桥有一定减小，提出了连续梁桥设计冲击系数．通过对不同跨度配合情况下连续梁桥的动力分析，研究了不等跨连续梁桥冲击系数的计算方法     

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。