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.     

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0.01～120 m波段轨道不平顺功率谱密度函数的构建

目前国内外铁路轨道不平顺功率谱密度(power spectral density, PSD)函数的表达式多种多样,但因检测仪器有效测量范围有限,其表征波段范围往往较窄,常以短波、中波或中长波等形式呈现,因此,开展更宽波段轨道不平顺功率谱密度函数的研究对铁道工程领域的科学研究和工程应用具有参考价值。本文对波磨小车与综合检测列车测得的高速铁路轨道(面)不平顺数据进行预处理,采用改进的周期图方法计算和分析其功率谱密度,总结其宽带和周期性成分特征;基于计算所获得的中位轨道不平顺功率谱密度,提出短波[0.01,1) m、中长波[1,120] m以及更宽波段0.01～120 m的轨道不平顺功率谱密度函数的拟合公式,并将本文提出的拟合谱与既有的典型谱进行比对分析。研究结果表明：高速铁路功率谱密度存在多个周期性成分,短波不平顺周期性成分主要与钢轨接头以及波磨相关,中长波不平顺周期性成分主要与无砟轨道结构和32 m简支梁桥的构造形式有关;所提出的短、中长波以及0.01～120 m波段的拟合公式能够很好地表征轨道不平顺功率谱密度的宽带波长特性,且参数少,形式简洁,适用性强。     

基于多项式拟合的高速铁路高低轨道不平顺功率谱分析

根据某高速铁路轨道的高低轨道不平顺实测数据,基于改进的welch周期图法计算原始高低轨道不平顺功率谱密度,从波长角度提出了功率谱密度的7阶多项式拟合谱模型.通过谱密度反演算法对高低轨道不平顺序列进行数值模拟.提出了基于上、下界限谱的轨道质量评判标准.实验结果表明,提出的拟合谱模型比高速铁路无砟轨道幂函数分段拟合模型更适合于该线路的谱分析.通过本文拟合谱与时速200 km/h等级提速线路拟合谱的比较,表明该线路在波长3.3～5 m波长范围内有不平顺的趋势.为轨道不平顺的评判和线路维修提供了建议.     

考虑轨道约束的高铁简支梁桥横向地震碰撞效应

为准确把握地震激励下高速铁路简支梁桥横向挡块的限位功能和防碰减震效果,以5跨32 m标准跨径简支梁桥为例,基于ABAQUS软件建立实体有限元模型;分析轨道系统约束作用、挡块材料非线性对横向碰撞有限元模型的影响;对不同地震波和峰值加速度激励、挡块-垫石间距、挡块强度、橡胶缓冲垫层的厚度等因素进行分析。研究结果表明:轨道约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震碰撞效应,挡块材料非线性对横向碰撞效应影响显著;在不同地震波和不同峰值加速度作用下,桥梁横向地震响应有明显差异;在EI-Centro地震波激励下,综合考虑各项碰撞效应,高速铁路简支梁桥挡块-垫石间距设置为3 cm是合理的;橡胶缓冲垫层会降低墩梁横向相对位移和碰撞力,且防碰减震效果与橡胶的厚度有关。     

基于改进EMD方法的轨道不平顺时频分析

经验模态分解法(EMD)的端点效应是影响该方法精度的难点问题,结合端点效应的产生原理和现有研究成果,采用镜像闭合延拓法和灰色神经网络预测法相结合的方法对信号两端的包络进行延拓;通过对仿真信号和实际信号的分析表明,该方法可以有效抑制EMD方法的端点效应.利用改进的EMD方法对提速干线铁路和客运专线铁路实测轨道不平顺信号进行研究,结果表明:京广提速干线铁路样本段轨道不平顺存在着不同程度的短波和中长波不平顺,而武广高速铁路样本段轨道不平顺主要分布于中长波区段.改进EMD方法为保障铁路安全运营提供了一种新的途径.     

预应力混凝土箱梁徐变效应的有限元分析

预应力混凝土收缩徐变一直是桥梁线形的一个重要影响因素,研究由徐变引起的上拱变化对线形影响是非常有意义的.文章提出了梁桥的收缩徐变计算表达式,分析徐变对单元的应力应变关系的影响,列出任意阶段混凝土徐变应变增量,最后以某高速铁路桥梁作为工程实例,分析了徐变效应对混凝土梁的影响.     

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.     

自重荷载下非均匀支撑板式无砟轨道静态响应

针对高速铁路路基不均匀沉降诱发的板式无砟轨道几何形态和应力状态恶化问题,建立了高速铁路CRTSII型板式无砟轨道-路基三维有限元模型,模拟了64种路基不均匀沉降组合(波长5～40 m,波幅5～40 mm),提出了基于混凝土底座柔度的形态映射和应力水平定量表征方法.研究结果表明,轨道结构的形态映射特征主要由混凝土底座柔度决定,在沉降波长小于15 m、或者波长在15～20 m之间且沉降幅值大于15 mm时,轨道结构与路基因变形不协调而出现脱离.轨道结构变形量的增加会导致混凝土结构附加拉应力和路基接触应力的增大,且易接近或超过相应的强度允许值而产生损伤破坏.同时,增加混凝土底座的模量和厚度,对提高轨面几何平顺性的效果并不显著,反而会增大结构自身的拉应力和路基接触应力.     

铁路轨道高低不平顺的预测方法

轨道变形是有碴轨道结构无法避免的 .通过轨道不平顺的描述 ,预测轨道不平顺的变化规律是近代轨道力学的基本课题 ,也是制定养护维修计划的关键 .据此在介绍轨道不平顺的分类和分析国外有关轨道高低不平顺预测模型的基础上 ,提出一个利用特性矩阵描述轨道变形并进行预测的方法 .这一方法利用动态实测数据 ,全面反映不平顺的影响因素 ,适合于不同的线路条件     

焊缝不平顺对车辆-无砟轨道-路基系统振动特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,应用有限元方法建立车辆-CRTSIII型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,对高速车辆通过钢轨焊缝不平顺的动力学响应进行了仿真分析,并对比了不同形式钢轨焊缝不平顺对系统的影响。有限元计算结果表明:高速行车条件下,钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化,引起轮轨力响应增大,对与不平顺直接接触的轮对和钢轨振动产生较大影响,对行车舒适性影响有限。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同,凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近,凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后,对轮对和轨道结构振动加速度影响明显,轨道结构应力增大,受力状态恶化。在高速铁路日常运营维护中,应重视钢轨叠加焊缝不平顺引起的冲击振动作用。     

高架桥梯形轨枕轨道不平顺测量

北京地铁5号线天通苑站至天通苑北站之间铺设了一段长为171 m的梯形轨枕轨道试验段.为了得出符合城市轨道交通实际情况的轨道不平顺谱,对梯形轨枕轨道试验段进行了轨道不平顺测量,并对轨道不平顺功率谱进行了拟合,得出了拟合曲线的特征参数.通过对测量结果进行幅值分析和功率谱分析可知,北京地铁5号线梯形轨枕轨道试验段的轨道平顺状态较好.     

高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应分析

以徐州至盐城新建高速铁路项目为依托,研究了高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应问题.采用有限元模型分析软件Midas Civil建立全桥有限元模型,在整体升温、梯度升温、拱肋纵/横向温差等温度效应工况下,温度效应对桥梁内力及变形的影响进行分析.结果表明:温度效应对弯矩影响较大,拱肋与梁体连接处为内力薄弱点,是最容易发生破坏的部位;对温度效应下桥梁关键部位应力进行分析,整体温度变化对主梁及拱肋应力影响较大,应力最大值均出现在拱脚;温度效应作用下,主梁和拱肋变形只在整体温度变化工况下有明显变化,主要表现在纵向和竖向变形;对温度效应下吊杆内力进行分析,整体升温和梯度升温对吊杆内力影响较大,较大紧绷出现在5号和10号吊杆;通过参数及敏感性分析,研究温度效应对桥梁结构的影响规律,在设计和施工中减少温度效应对结构的影响;通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在温度效应下的力学特性分析,分析结果为同类型桥梁的温度效应分析提供依据和参考.     

预应力混凝土箱梁的长期变形分析

混凝土材料在一定环境条件下或外力作用下的变形决定于荷载的大小、加载速度和荷载持续时间。本文通过对混凝土徐变对结构引起的变形进行研究,提出了混凝土徐变变形的计算方法,最后通过某高速铁路桥梁模拟计算,说明了徐变对预应力混凝土梁的变形具有较大影响。     

CRTSⅡ型无砟轨道板成型模具的反变形控制方法

轨道板模具的设计直接影响到高速铁路建设的平顺性与稳定性。结合CRTSⅡ型无砟轨道板的施工,介绍了轨道板模具的组成、有限元模型的建立与分析。提出安装过程中的反变形控制措施。实践证明该方法可有效减少轨道板承轨台打磨量。     

高速铁路CTRSⅡ型板式无砟轨道温度场效应分析

以高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,通过建立CRTSⅡ型无砟轨道结构有限元模型,分析了温度梯度、日照温度曲线对轨道板变形的影响规律。研究结果表明,存在正温度梯度时,轨道板将产生上拱变形;存在负温度梯度时,轨道板将产生下挠变形,纵连钢筋对温度变形起到一定的抑制作用。随着日温度的变化,中午14时的轨道板结构翘曲变形最大;早上6时的轨道板翘曲变形最小。     

基于危险点分布比率-SVM分类的轨道不平顺峰值安全域估计

基于数据分类的思想,通过获取仿真数据进行高速铁路轨道不平顺峰值安全域估计,得到不同速度下的不平顺峰值安全域边界.首先,利用Simpack软件建立高速客车车辆动力学仿真模型,以2种不同水平轨道谱的不平顺作为激励,获取高低和轨向不平顺幅值数据以及脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力等安全性指标数据,并依据一定的安全性评判准则将幅值数据标记为“安全”或“危险”2类;其次,鉴于直接利用SVM进行不平顺幅值数据分类困难的情况,提出一种基于危险点分布比率和SVM相结合的分类方法,极大地降低了分类难度,提高了分类效率,获得了最佳分类面;最后,将试验结果与国内外轨道不平顺峰值管理标准进行比较.结果≯ 月:本文提出方法有效,可为高速铁路轨道平顺状态的管理及标准制定提供参考.     

基于时序InSAR技术的京津高铁区域沉降稳定性评估

高速铁路对轨道的平顺性及线下构筑物的稳定性有严格的要求,而铁路地理跨度大,采用定期的常规地面人工测量方法无法及时有效得到高速铁路沿线的形变,给线路的稳定性评价和列车的安全运营造成了潜在的隐患.本文以京津高速铁路永乐站至天津站区段为研究区域,利用时序差分雷达干涉测量技术,选用C波段雷达数据对沿线区域进行了形变监测,获得了该区域在2007-02-2010-07时间范围内的纵断面方向平均沉降速率曲线及沿线平均沉降变化率曲线;对比分析了沿线区域沉降变形规律,提出区域内差异性沉降是对线路稳定性影响较大的因素;并根据影响程度对线路进行了分级评估.该结论对于京津高铁的运营及维护具有重要参考意义和实用价值.     

高速铁路简支梁桥支座转角超限维修调整

高速铁路桥梁长期运营使用导致出现支座转角超限等局部病害,在不中断线路正常运营情况下,利用天窗时段进行支座维修,确保桥梁的安全服役显得更为重要。本文结合兰新高铁某桥梁支座转角超限维修调整施工,系统探讨了高速铁路简支梁桥采用大吨位千斤顶同步顶升方案进行支座维修调整的方法及工艺流程。工程实践效果表明,该方法进行支座维修可有效解决高速铁路简支梁桥支座转角超限问题,对运营高速铁路桥梁支座的维修及更换具有借鉴作用。