列车-地震作用下桥梁结构的动力分析

当列车行驶在桥梁上,同时又遭遇地震作用时,二者的振动叠加或在某个时刻产生共振,会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题,本文以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁为例,通过特征值分析,得到了所建模型各阶振动模态及其频率,并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析,同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明,结构的第一阶振型为横向一阶,所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著;地震作用与列车荷载作用相比,其在不同于加载方向产生的响应较小,两者共同作用时,响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。     

汽车和列车荷载共同作用下公铁两用桥的动力响应

为了研究公铁两用桥汽车荷载、列车荷载和列车汽车荷载共同作用下的不同荷载组合对车桥耦合振动的影响,本文以滨州公铁两用钢桁梁桥为例,采用Ansys软件建立桥梁模型,并推导建立桥梁、汽车和列车的运动方程,通过三个子系统之间的相互作用,对三个子系统进行耦合,并采用Matlab软件编程求解,分析了三种工况下的汽车列车桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明,当汽车和列车同时作用在桥梁结构上时,与仅有汽车或仅有列车作用下的动力响应结果对比并不是简单地叠加关系,且不同位置的动力响应峰值也不一定出现在哪种工况下,所以对于公铁两用桥的结构设计,建议必须考虑多种不同工况,取包络设计。该研究为公铁两用桥的桥梁结构设计提供了理论依据。     

大跨径PC斜拉桥地震响应非线性分析

基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了斜拉桥动力分析空间有限元模型.考虑了几何非线性对结构动力特性及地震响应的影响,以一座大跨径预应力混凝土斜拉桥为研究对象,采用直接积分法对该桥进行了地震非线性时程分析.根据该桥的方案设计,比较了两种塔梁连接方式下结构的动力特性,分析了桩土作用效应对结构地震响应的影响.计算结果表明:在大跨径斜拉桥抗震设计时,应考虑桩土相互作用的影响;人工拟合地震动和相近场地实测地震动记录的计算结果相差较大,在抗震复核中应取最不利荷载作用.     

移动力作用下梁桥竖向振动响应的半解析分析

提出了一种分析一般梁桥在移动荷载作用下竖向振动的半解析方法。基于有限元模态分析的结果,应用采样定理恢复连续振型,推导了移动力作用下梁桥动力响应的封闭解。半解析解的正确性通过移动力作用下的等截面简支梁算例进行了验证,进而针对三跨变截面连续梁,分析了移动荷载作用下桥梁的振动规律,以及荷载移动速度、桥梁损伤等因素对结构竖向振动响应的影响。计算结果表明:本文提出的半解析解方法适用性广,可以高效、高精度地得到一般梁桥结构的竖向振动响应。更多还原     

地震作用引发的高速列车脱轨评价

动力作用下轨道和路基的振动响应问题是解决高速列车在轨运行安全的关键之一.为保证地震时高铁的在轨安全,基于ABAQUS和FORTRAN子程序方法,创建了高铁无砟轨道-路基-地基三维精细化模型,详细分析地震-列车移动荷载特征对轨道结构的影响以及瞬态脱轨标准,探讨高速列车在地震作用下的临界速度和脱轨机理,考虑的脱轨标准包括轨道横向力与垂直力的比率(脱轨系数)和轨道的横向变形量,以此寻求合理的改进将地震的风险降到最低.结果表明:地震与列车移动荷载共同作用时,前者对钢轨的竖向正位移影响显著,而其加速度和频谱则受后者的作用更为突出;与此同时,列车脱轨概率显著增大,钢轨的临界速度为50 m/s(180 km/h),此时钢轨横向位移较大,脱轨系数曲线变化剧烈,严重超出国家安全标准,列车可能失稳,甚至脱轨.     

列车-曲线桥梁系统耦合振动分析

为进一步研究列车-曲线桥梁系统耦合振动特性,基于车辆-桥梁/轨道系统动力相互作用分析理论,采用模态叠加法建立列车-曲线桥梁系统的空间耦合振动方程.沿轨道中心线建立移动坐标系,借助坐标转换,确定列车通过曲线桥梁时的几何位置关系; 考虑列车曲线运动特点,基于赫兹弹性接触理论和卡尔克(Kalker)蠕滑理论,解决列车曲线运动时的轮轨接触耦合关系,并对广义力向量进行修正; 采用龙格库塔积分法求解列车-曲线桥梁的动力响应.依据以上理论,研究了曲率半径、曲线超高以及车速对列车-曲线桥梁耦合振动响应的影响规律.分析结果表明:桥梁和列车的振动响应随车速的增大而增大,随着曲线半径的增大而减小.桥梁的振动响应不随曲线超高的增大而变化,列车的振动响应在平衡超高和过超高时较小.     

盾构隧道基底软硬过渡地段列车振动响应分析

论述了隧道衬砌结构-围岩系统动力分析的理论和数值计算方法,采用激振力函数模拟高速列车竖向振动荷载,考虑隧道基底地层纵向软硬不均,建立了广深港客运专线狮子洋盾构隧道列车振动响应三维有限差分计算模型,研究了高速列车振动荷载作用下软硬不均过渡地段隧道衬砌结构振动响应规律,并通过引入长期列车振动荷载作用下地基土累积变形计算模型,预测了软硬不均地层条件下不同地段隧道基底的长期差异沉降.计算结果对评价软硬不均地层盾构隧道衬砌结构的动力稳定性和控制隧道基底不均匀沉降具有一定的指导意义.     

磁悬浮列车车桥耦合振动研究

建立了磁悬浮列车-桥梁耦合振动的动力学方程,通过数值方法,求解磁悬浮列车通过桥梁时列车和桥梁的动力响应,分析了列车运行的平稳性和乘客的舒适性以及桥梁的动力特征,得到了磁悬浮列车轨下结构设计的有用结论。     

LNG储罐单层球面网壳结构动力特性分析

为研究LNG储罐穹顶单层网壳在地震载荷作用下的动力特性，通过3D3S软件建模并借助有限元分析软件ANSYS对单层网壳进行模态分析和地震时程分析，得到结构自身振动特性和动力响应规律。结果表明：穹顶网壳相邻两阶固有频率相近，网壳变形左右对称，后期以整体变形为主。地震波的形态和频率对结构节点位移时程曲线和杆件轴力时程曲线的形状影响较大，结构在人工波作用下动力响应最大，应该选用多条地震波对网壳结构进行包络分析；矢跨比在前10 s相同地震激励下对结构动力响应影响较大，矢跨比为5/36时结构变形最小且最为稳定；整体结构节点位移明显大于单独网壳结构，设计网壳结构时，应该考虑下部结构对网壳动力性能的影响。     

青岛海湾大桥地震作用下的车桥动力响应研究

针对桥梁因车辆振动引起的疲劳开裂导致刚度下降而下挠增加等问题,本文以青岛海湾大桥大沽河桥段为例,运用振型叠加法对桥梁有限元模型进行时程分析,计算在地震作用下车桥系统的动力响应。结果表明,考虑地震作用时,位移时程曲线波动性较明显,且位移相对较大。考虑地震波后的加速度时程曲线比未考虑地震波时的波动性大,且加速度明显增加,可见地震波对车桥系统的动力响应影响很大,考虑地震波时的时程曲线波动性较不考虑地震波时明显;考虑地震波的作用后,随着速度的增加,桥梁的动挠度明显减小,这是因为车辆速度较小时,车辆在桥梁上的作用时间变长,同时车辆与地震共同作用的时间变长,在地震波的持续影响下,桥梁的动挠度增加;随着车辆数目的增加,桥梁的动力响应随之增大。该研究对青岛海湾大桥的抗震设计有重要的理论意义。     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应,预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命,基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象,采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型,研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律,分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端,最大拉应力位于桥梁跨中;竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩,最大压应力位于桥梁跨中;制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩;钢轨纵向力由温度荷载控制,最大应力为143.1 MPa,满足规范要求;列车动载作用下,简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当,道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近,其板底拉应力大于板顶,底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近,且板顶和板底的拉、压应力基本相同;列车动载作用下,钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

Elastic-plastic seismic response of CRTS II slab ballastless track system on high-speed railway bridges

China railways track structure II (CRTS II) slab ballastless track on bridge is one kind of track structures unique to China. Its main bearing component of longitudinal force is the continuous base plate rather than rail. And the track-bridge interaction is weakened by the sliding layer installed between base plate and bridge deck. In order to study the dynamic response of CRTS II slab ballastless track on bridge under seismic action, a 3D nonlinear dynamic model for simply-supported bridges and CRTS II track was established, which considered structures such as steel rail, fasteners, track plate, mortar layer, base plate, sliding layer, bridge, consolidation, anchors, stoppers, etc. Then its force and deformation features under different intensities of seismic excitation were studied. As revealed, the seismic response of the system increases with the increase of seismic intensity. The peak stresses of rail, track plate and base plate all occur at the abutment or anchors. Both track plate and base plate are about to crack. Besides, the rapid relative displacement between base plate and bridge deck due to the small friction coefficient of sliding layer is beneficial to improve the seismic performance of the system. During the earthquake, a large vertical displacement appears in base plate which leads to frequent collisions between stoppers and base plate, as a result, stoppers may be damaged.     

地铁高架桥列车振动荷载对邻近构筑物受力变形的影响分析

为分析新建地铁高架桥运营期列车振动荷载对近接敏感构筑物的影响,结合长沙地铁1号线北延线高架桥上跨既有高速公路与干线铁路,两侧紧邻既有桥台桩基和框架桥,建立列车振动荷载下高架桥-地层-既有结构的动力耦合数值模型,分析了地层与既有结构的不同深度动力响应随时间变化规律,以及列车运行速度、轴重、近接距离、地层加固模量、阻尼比分别对桥台桩基和框架桥的水平位移、速度和加速度的影响规律。结果表明：列车振动作用下地表沉降值约为水平位移的40%,地层变形以水平位移为主;框架桥的变形、速度、加速度变化趋势与桥台桩基类似,但其绝对值相对较小,而桩基和框架桥不同深度的动力响应特征明显不同,桩顶和框架桥顶板受影响较大;既有构筑物的动力响应随速度的增加先减小后增大,且在低速区变化幅值较小,80km/h为列车的最佳运行速度;既有结构的动力响应随列车轴重的增大近似呈线性增大的关系,轴重相对于速度对动力响应的影响明显;近接距离越小,框架桥的动力响应越大,高架桥新建桩基与框架桥水平距离小于桩径的4倍时,需采取加固措施;动力响应随加固区刚度增大而减小,地层模量达到300MPa后,继续提高加固强度对降低响应的效果不明显。研究成果可为类似工程的建设与运营提供有益借鉴。     

移动荷载作用下轨道-高架桥系统的动力分析

以城市轻轨系统为研究对象，建立了轨道—高架桥系统的计算模型，分别以二次梁模型和Euler梁离散化模型计算移动荷载作用下轨道和高架桥的动力响应，并对2种模型的计算结果作了比较与分析。     

脉冲型近场地震作用下列车-简支梁桥的耦合振动

相比中远场地震,近场地震含有高能速度脉冲,会激发结构显著的位移响应.为研究该速度脉冲对高速铁路简支梁桥车桥系统动力响应的影响,采用三角函数法模拟速度脉冲,并与无脉冲的远场地震叠加,合成不同脉冲类型、脉冲周期和脉冲幅值的脉冲型近场地震动,以跨径32 m的典型高速铁路简支梁桥为例,采用自编的车-轨-桥-地震分析程序TTBS...     

移动荷载速度对简支梁动态响应影响分析

基于振型叠加原理,采用广义坐标变换的方式建立了移动荷载匀速通过简支梁桥时系统的动力平衡微分方程.在速度的连续区间上,结合荷载运动位置,研究车速对桥梁结构动力挠度响应的影响.结果表明:跨中挠度是梁上的最大挠度点;跨中挠度最大时,荷载并不总是在跨中位置,而是随着速度的变化而变化.     

支座对连续梁桥地震反应的影响分析简

基于midas有限元桥梁计算软件,建立三跨连续梁桥模型,确定合适的地震波,计算了某设计桥梁在静载作用下的支座摩阻力和汽车制动力对桥墩影响,通过对三跨连续梁桥不同支座在E1地震力作用下的时程分析法计算,得出了地震作用下的桥墩内力情况.结果表明,在E1地震作用下,结构在弹性范围内,采用减震支座和非减震支座的计算影响差别不大,并且严寒地区桥梁的桥墩强度设计是静力计算控制的.     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828 m 的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明：设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

连续刚构桥动力数值模拟及减震技术研究

以京沪铁路大跨度箱形截面连续刚构桥为研究对象,运用ANSYS大型有限元分析软件对其动力特性进行了数值模拟分析,通过比较纵横向地震波作用下的桥梁动力响应,得出连续刚构桥在进行动力分析时需要同时考虑两种方向波对结构的不同影响,以此为基础,分析了采取不同抗震、减震措施时对该桥梁结构力学性能的影响.分析结果表明:支撑体系的刚度对结构的动力特性影响较大;圆角空心墩的减震效果好于矩形空心墩;桥墩的刚度越大,地震作用下的结构内力越大.