铁路尼尔森体系提篮拱桥动载试验与车桥耦合振动分析

为检验桥跨结构动力性能,对112m跨铁路尼尔森体系钢管混凝土提篮式系杆拱桥进行了动载试验.测试其自振特性,并测试试验列车以不同速度通过桥跨和以一定速度在特定位置制动时桥跨结构应变、位移、振幅及加速度等动力响应,并将测试结果与车桥耦合振动计算结果进行对比分析.研究结果表明,该桥具有良好的竖、横向刚度和结构强度;列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用,运行列车具有良好的安全性与舒适度.     

拉萨河特大桥动力测试与车桥耦合振动分析

为检验桥跨结构的动力性能,对主跨径108m,梁拱组合体系拉萨河特大桥进行动力试验。测试其自振频率和振型;激振试验中,测试桥跨结构在列车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置制动时桥跨结构的应变、位移、振幅以及加速度等动力响应,并将实测结果与车桥耦合振动计算结果进行对比分析。结果表明,该组合体系具有良好的竖向刚度、横向刚度;列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,列车在桥上行车时具有良好的安全性与舒适度。该新型结构的设计理论和计算方法是合理性的,为今后设计该类组合体系铁路桥梁提供理论依据和技术参考。     

高速铁路铰接式列车车桥系统动力响应分析

根据铰接式车辆结构和悬挂形式的特点,建立了铰接车辆单元模型,以现有通用软件为基础直接生成桥梁模型的质量、刚度矩阵,并以实测轨道不平顺为系统激励,求解车桥耦合动力相互作用问题;以欧洲布鲁塞尔-巴黎高速铁路线上的Thalys铰接式列车通过Antoing桥为例,分析了桥梁的动挠度、竖向和横向加速度等动力响应及运行车辆的振动加速度响应,并对铰接式列车的振动特性进行了初步的探讨;最后通过现场试验对分析模型和计算结果进行了验证。     

基于移动质量梁列式的混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析

现有车桥振动分析需逐步判断轮对与桥梁单元接触状态,增加了多线混合编组列车与多跨桥梁耦合关系建模的复杂性。基于轮对与桥梁密贴模型,通过引入窗函数,建立轮对与桥梁状态变量的显式关系,推导了移动质量梁动力特性矩阵;将车辆一系簧上部分视为独立多刚体系统,建立了混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析通用模型。基于Newmark-β法关于状态变量的递推公式,提出了车桥系统方程求解的降阶算法,确保计算规模为最小。开展算例分析,验证了模型的正确性。计算了高速列车-三跨双线简支箱梁桥垂向耦合振动响应,结果表明:车体垂向位移较其他响应在双、单线加载时满足恒定峰值比;桥梁各跨跨中响应最大值在单线行车时基本不变;与单线加载相比,双线对称加载桥跨跨中最大垂向位移近似放大2倍,不对称加载桥跨跨中最大垂向加速度出现下降。     

基于模态叠加法和直接刚度法的列车-轨道-桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车-轨道-桥梁耦合系统（Train-Track-Bridge Coupled System,TTBS）动力分析的计算效率,该文基于作者之前提出的TTBS动力分析混合模型,结合模态叠加法和直接刚度法,提出了一种改进的混合方法（Improved Hybrid Method,IHM）。该方法中,列车动力方程通过多刚体动力学方法建立;轨道结构动力方程通过直接刚度法建立以准确求解其高频局部振动响应,桥梁结构动力方程通过模态叠加法建立以降低其自由度数目。列车和轨道结构通过轮轨线性Hertzian接触关系耦合为列车-轨道耦合时变子系统,轨道与桥梁间通过轨-桥相互作用力的平衡迭代实现耦合。首先以朔黄重载铁路32 m简支梁桥现场试验数据验证了该文方法的正确性。然后,以CRH2型高速动车组通过万宁系杆拱桥为例,探究了桥梁振型数量对动力响应指标计算精度的影响规律,最后,对比三种不同的列车-轨道-桥梁耦合系统动力分析方法的计算结果及耗时,结果表明:同样的计算精度下,该文方法具有更高的计算效率。     

京沪高速铁路南京长江大桥列车走行性分析

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法,将车桥作为联合动力体系,建立了高速列车与大跨度斜拉桥的车桥耦合动力分析模型。以京沪高速铁路南京长江大桥3塔斜拉桥方案为例,分析了大跨度斜拉桥在ICE高速列车作用下的车桥动力响应特点;同时,基于合理的列车走行性评价指标,对高速列车通过大跨度斜拉桥时的走行安全性与舒适性进行了详细分析,初步探讨了大跨度斜拉桥用于高速铁路的可行性。     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

基于车桥耦合振动分析的大跨径曲弦桁梁桥加固方案评价研究EI北大核心CSCD

为评价在役曲弦桁梁桥加固方案,以122 m跨径彩虹桥为工程背景,采用考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥及其加固方案的车桥耦合振动分析,通过计算加固前后桥梁的频率与振型、位移及冲击系数、振动加速度峰值、舒适性等动力性能指标来评价桥梁加固效果,并探讨各评价指标的适用性。结果表明:桥梁加固方案的整体竖向和扭转刚度较原桥有明显提高,桥面竖向刚度显著提高;在汽车动力荷载作用下,桥梁加固方案的各动力响应、冲击系数和振动程度均有效降低,行人舒适性良好。容许加速度评价方法可以很好反映桥梁结构的振动程度,可用于桥梁加固方案动力性能评价;基于最大速度响应的振动感觉指标和基于加速度均方根的振级指标均能较好地评价桥梁舒适性评价;仅以冲击系数作为桥梁加固方案动力性能评价指标不合适。     

大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响因素研究

为研究列车编组等因素对大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响,针对大跨度铁路斜拉桥车致振动的特点,采用车桥耦合振动的方法,探讨了不同列车运营条件对桥梁局部构件的冲击效应的影响。通过自主研发车桥分析软件BANSYS,分析了大跨度铁路斜拉桥的动力响应,讨论了列车编组、轨道不平顺、行车方向和列车类型等因素对斜拉桥各部件冲击系数的影响。研究表明:进行车桥动力计算和现场动力试验时,应尽量采用与实际列车相同或相似的列车编组;列车行车方向不同时,构件同一位置处冲击系数相差较大。     

重载列车引起的大跨度斜拉桥拉索振动研究

采用子结构法研究了重载列车引起的大跨度铁路斜拉桥拉索非线性振动问题。首先基于线性桥梁空间有限元模型,采用车-桥耦合动力学理论计算得到斜拉索锚固点动力响应;然后将该动力响应作为斜拉索端部激励,采用自编的基于CR列式法(Co-rotational Formulation)的拉索非线性动力有限元程序,计算斜拉索非线性动力响应。以荆岳铁路洞庭湖三塔斜拉桥为例,开展了车致斜拉桥拉索振动分析,结果表明:在设计时速范围内,重载列车作用下,斜拉桥索端激励与拉索固有频率两者不存在明显的匹配关系,车致拉索振动响应为一个准静态过程;通过进一步对比不同计算方案,即车-桥耦合振动、移动轴重瞬态分析与移动轴重影响线加载对拉索响应的影响,发现对于大跨度铁路斜拉桥而言,由于车-桥耦合振动效应不显著,采用移动轴重影响线加载方法得到的拉索应力结果具有足够精度。     

考虑桥梁几何非线性的风-车-桥耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风及列车荷载作用下大跨度桥梁的振动分析模型。以某大跨度三拱连续钢桁梁桥为例,分析了脉动风及静风荷载的不同作用效应,风速、车速变化以及结构几何非线性对桥梁振动响应的影响。结果表明:在进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用;几何非线性因素会影响桥梁振动的极值,但不影响其变化趋势;风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响。     

铁路新型钢-混凝土组合桁架桥在列车作用下的动力响应分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的铁路新型钢－混凝土组合桁架桥建立了车－桥动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组合而成,以轨道不平顺作为系统的自激激励源。以西安－平凉铁路上的马屋泾河特大桥主桥为工程背景,对这种新型钢-混组合结构的车桥耦合振动进行了动力仿真分析。对桥梁在重载货车、中速客车、高速客车等不同列车荷载工况下的动力响应进行了数值计算,并对桥上车辆的走行性能进行了评价。计算结果表明：该桥式方案能够满足三种类型列车在不同等级车速范围内安全、舒适的运行,可广泛用于我国货运、普通客运及高速铁路     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

撞击荷载作用下高速铁路桥梁的动力响应及列车运行安全分析

建立了“列车-桥梁-撞击荷载”系统动力分析模型,通过在松花江大桥进行的现场试验,得到了流冰撞击力时程,施加到桥墩上作为系统的激励。编制了分析程序,以高速铁路5×32m预应力混凝土简支单线箱梁桥为算例,通过计算机模拟,对流冰撞击作用下桥梁结构的动力响应及桥上高速列车的运行安全问题进行了研究。分析了在有流冰、无流冰撞击作用两种情况下,桥梁结构关键部位的位移和加速度响应,以及桥上高速运行列车的车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标。计算结果表明:流冰撞击作用对桥梁结构以及高速列车的动力特性具有较大的影响,撞击作用使桥梁和车辆的动力响应大幅度增大。当流冰撞击荷载峰值达到4000kN时,车辆减载率已经超过了0.6的限值。撞击荷载作为一项特殊的作用力,在高速铁路桥梁的动力设计中应予以重视。     

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

秦沈客运专线车路系统动力响应数值分析

结合秦沈客运专线基床路基实际状况，利用车路耦合动力分析模型，对高速列车荷载作用下车路系统动力响应进行仿真分析。计算列车速度为200km/h和300km/h时不同基床表层厚度下的车辆、轨道及基床路基主要动力性能指标，并与测试结果进行对比分析。测试结果验证了计算模型的可靠性。根据计算结果分析列车速度与基床表层厚度对车路系统动力响应的影响规律，对秦沈线基床表层设计提出建议。     

大跨度公铁两用斜拉桥车桥动力分析

以某公铁两用斜拉桥为研究对象，借助空间杆系有限元方法，用等效格子梁来模拟公路与铁路正交异性板钢桥面，建立了公铁两用斜拉桥的动力分析模型；分别用自编的桥梁动力分析程序BDAP及通用软件SAP93计算了该斜拉桥的空间自振特性，两者取得较好的一致。最后，采用所建立的桥梁动力分析模型。对其在高速ICE列车作用下的车桥空间耦合振动进行了计算与分析。     

非平整桥面引起大跨斜拉桥车桥耦合振动响应研究

由于桥梁上的车辆荷载是一个带有质量的振动系统，从而使得桥梁在该荷载作用下的动力响应问题比一般结构动力系统的响应问题更复杂。通过建立车桥耦合单元，形成汽车桥梁整体系统的动力学方程。以一座大跨斜拉桥为例，研究了由于桥面不平整，汽车以各种速度通过桥梁时斜拉桥的动力响应。