动载下CRTSⅡ型无砟轨道-简支梁桥变形试验研究

为了研究动载下CRTSⅡ型无砟轨道简支梁桥的变形特征,以现场试验为依托,测试了CRH380A-001型列车以速度240~350 km/h通过纵连板式无砟轨道32 m简支梁桥时梁轨系统的结构变形。通过现场采集和数据分析,得到了桥梁结构的竖横向绝对位移、水平折角及梁端转角,轨道结构的竖横向相对位移和墩梁纵横向相对位移,研究了桥梁的共振速度及动力系数。结果表明:动载下梁体竖向跨挠比最小值为54 000,水平跨挠比最小值为150 000,远大于规范规定最小限值;梁体梁端转角最大值为0.077‰,水平折角最大值为0.119‰,满足规范限值;实测CRTSⅡ型无砟轨道32 m简支梁桥存在二阶竖向共振速度306 km/h及三阶横向共振速度312 km/h,分别与理论共振速度309 km/h和315km/h相吻合;在共振速度附近实测动力系数大于规范规定取值1.084,且最大值达1.18。     

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。     

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。     

分级地震下跨断层高铁简支梁桥行车安全与抗震设计优化研究

以跨越走滑断层的某高速铁路八跨简支梁桥为研究对象,基于OpenSEES平台建立其考虑梁-轨相互作用的线桥体系非线性数值模型,合成平行断层方向的水平地震动,分析了不同地震动强度下桥梁结构及CRTSII型板式无砟轨道结构的损伤特性,量化评定了结构构件的地震安全性。基于规范给出的轨道水平变形控制标准,评价了不同车速下线路的行车安全性,探讨了轨道结构的优化设计。研究结果表明:断层跨及其邻跨的地震响应最大,强震下面临严峻的破坏风险;地震下轨道水平变形明显,存在行车安全隐患的位置主要集中在断层跨及其两侧邻跨梁端;增加轨道侧向挡块数量可有效降低轨道水平变形,将侧向挡块增加至每跨每线6对时,罕遇地震下,除断层跨梁端处轨道的平行转角外,其余位置的轨道水平变形指标仍能满足车速为100 km/h时的行车安全限值。     

重载铁路桥墩基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应影响

为分析基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应的影响规律，基于货物列车-轨道-桥梁系统（简称“FTTB系统”）空间振动计算模型，采用等效刚度模拟基础冲刷，建立基础冲刷条件下的FTTB系统空间振动计算模型；根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m法，计算不同冲刷深度下的等效刚度并编制计算软件；将等效刚度输入模型，计算并分析不同车速下基础冲刷对FTTB系统动力响应影响。研究结果表明：冲刷对基础横向等效刚度的影响大于竖向刚度；车速≥70 km/h 且冲刷外露至桩基时轮重减载幅度增大，建议适当减速；桩基外露2 m时对梁体跨中横向振幅及墩顶横向振幅影响显著，建议对桥墩基础进行加固。上述结论可为重载铁路桥墩基础的养护维修提供参考。     

跳车冲击过程中的桥梁动态位移响应分析

以1/4简构车辆和含阻尼简支梁桥为对象,建立可描述跳车冲击过程的车桥耦合振动分析模型。采用Newmark-β积分法获得车桥耦合系统振动响应的数值解。在不同高度、不同跳车位置以及不同车速等工况下,重点讨论跳车冲击过程中桥梁竖向动态位移响应的表现特征。数值分析表明:在文中考虑的跳车冲击工况下,桥梁竖向动态位移存在显著差异;不同跳车高度对动态位移峰值影响很小;不同跳车位置时的竖向动态位移表现各有不同,靠近跨中处,在桥梁前半跨发生跳车冲击对桥梁竖向动态位移值的影响明显大于后半跨,远离跨中处,桥梁前半跨动态位移值与后半跨相近,且最大竖向动态位移表现出滞后特征;不同车速对桥梁竖向位移值影响不同。     

300km/h高速铁路PC槽型梁动力试验研究

介绍北方交通大学与比利时鲁汶大学、布鲁塞尔自由大学、比利时铁路公司合作,在巴黎至布鲁塞尔之间高速铁路线上的Antoing大桥进行的二次高速铁路桥梁动力试验。试验桥梁由跨度50m的多跨预应力混凝土简支槽型梁构成,试验中列车速度达265-310km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、振型、阻尼等自振特性,以及桥梁在高速列车作用下的动挠度、梁和桥墩的横向和竖向加速度、橡胶支座的相对位移、梁体的动应变等动力响应特性。试验经验和测试结果对于充实高速铁路桥梁动力分析理论、改进数值分析模型、验证计算结果、提高高速铁路桥梁的动力设计水平、保证行车安全,具有重要的意义。     

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙边框柱刚度研究

钢框架-薄钢板剪力墙竖向边缘构件刚度限值源于经典薄腹梁理论,其仅适用于钢框架,对于方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙,该刚度限值公式不再适用。该文基于薄腹梁理论,提出了方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值计算公式。构建了不同宽高比和宽厚比分析模型,进行了非线性数值分析,研究了不同柱刚度对方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙力学性能、边框变形和破坏机制的影响。结果表明,按照该文公式设计的方钢管混凝土竖向边缘构件可充分发挥薄钢板剪力墙的结构性能,实现理想的破坏机制。     

大跨度提篮拱桥车桥耦合振动分析

目前国内外规范对桥梁设计关于桥梁刚度限值的规定只适用于单跨和多跨简支梁等小跨度常规桥梁,特殊结构桥梁都超出了目前我国各种规范和暂规所能涵盖的范围.提出了列车、大跨度提篮拱桥空间振动的有限单元分析模型,采用计算机模拟方法,计算了列车以不同车速通过该大跨度提篮拱桥的空间振动响应,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性,所得结果可供设计参考.     

大跨桥梁行车振动测试与舒适性分析

为研究大跨桥梁行车振动舒适性,对5座不同环境下的大跨桥梁行车内部振动进行了现场实测,基于实测数据分析了车辆动力特性、桥面动力特性、桥面不平整度以及车速等对行车振动的影响,此基础上对车辆行车振动舒适性进行了分析。通过采用小波变换的方法对车辆内部振动信号的时频域分布规律进行分析可以发现车辆内部振动信号的能量分布:在竖向受车辆动力特性的影响较大,在横向受桥面动力特性影响较大。桥面不平整度和伸缩缝对行车内部振动的幅值影响较大。行车内部竖向振动随着车速的增加而增大;对于风速较大的跨海大桥,当车速超过80 km/h时,行车内部横向振动急剧增大。研究成果为合理评价大型桥梁行车振动舒适性具有重要的参考价值。     

突变阵风对列车动力响应及行车安全性的影响

突变阵风因风速在短时内发生瞬时变化容易对高速列车的行车安全性造成威胁。根据一维多变量非平稳随机过程理论，模拟了空间相关的时变阵风脉动风速场。采用多体动力学软件SIMPACK和有限元分析软件ANSYS，建立了42自由度的刚性列车与柔性轨道-桥梁相互作用的刚柔耦合模型，考虑横风向时变阵风的影响，基于刚柔耦合法形成了较为完善的风-列车-轨道-桥梁耦合动力学分析系统。以大跨度拱桥为工程背景，分析了时变阵风在不同车速和风速下对列车和桥梁动力响应特性及行车安全性的影响。结果表明：阵风对桥梁和车辆的动力响应具有重要的影响；在相同条件下考虑阵风影响时，主跨跨中横向位移增幅达到了200%，车辆的轮重减载率、脱轨系数相比于不考虑阵风时增大近30%；在风速大于25 m/s，车速大于80 km/h，轮重减载率将超过安全限值，表明车辆可能发生脱轨。     

Hermite插值在车桥耦合振动中的应用

车桥耦合竖向振动分析中，轮对和与其接触的桥梁竖向位移相等，但振动速度、加速度并不相等，传统方法用轮对与桥梁接触点处桥梁振动速度和加速度代替轮对的振动速度、加速度。本文通过引进Hermite插值函数，推导出车辆以一定速度过桥时轮对竖向位移、振动速度和加速度理论值，并且轮对的竖向位移、振动速度和加速度可由轮对所在桥梁单元节点的竖向位移、振动速度和加速度求得，在有限元动力计算中易于实现。本文的算例表明在车辆低速过桥情况下，用轮对所在位置桥梁的振动速度、加速度来代替轮对的振动速度、加速度误差很小，但是车辆高速过桥时，计算结果误差较大。     

速度与载重对车-路系统影响的试验研究

针对车辆荷载与速度在路面结构破坏中的重要性,通过试验研究了不同载荷(空载、满载、超载)和行驶速度(60 km/h、80 km/h、100 km/h)对车-路系统的影响.试验结果表明, 车辆行驶过程中,各车轮的垂直振动加速度随着行车速度的增大而呈上升趋势;在速度一定的情况下,车辆空载与超载产生的动载效应明显要大于满载;车速为60 km/h和100 km/h时,车辆后轮空载的法向荷载大于满载的法向荷载;超载行车下,车轮的法向荷载相较静载均增加;车辆空载条件下,路面动位移随着车辆速度的提高先增大后又略下降,但在满载和超载的条件下,路面动位移却随着车速的提高而增大;在车辆低速行驶时,空载时的路面动位移大于满载和超载,而在车辆高速行驶时,路面动位移是随着载重的增加而增加的.     

主动悬架与EPS集成控制系统操纵稳定性试验

在主动悬架与EPS集成控制系统动力学模型建立、控制策略设计及其仿真计算分析基础上,为进一步验证集成控制系统车辆的抗侧倾能力,进行了车速为50 km/h和60 km/h的蛇行试验,试验结果表明,相对于被动系统,车速为50 km/h时经过集成控制后的侧向加速度峰值和标准差分别下降了21.4 %和15.9 %,车身侧倾角峰值和标准差分别下降了13.4 %和15.1 %,有效提高了车辆转弯时的操纵稳定性能。     

沪通长江大桥引桥车桥耦合振动研究

沪通长江大桥引桥采用连续布置的48 m简支梁桥,当列车以200~250 km/h通过时,其变形曲线相当于连续多个波长、幅值一定的激励,其激振频率约为1 Hz,与车体自振频相当,容易引起车体共振。为保证48 m简支梁桥的动力性能满足要求,对不同车型以不同速度通过该桥的安全性和舒适性进行研究分析。研究结果表明:就桥梁而言,除SS8牵引双层客车在200 km/h时跨中横向加速度超限值约为7%外,其余工况跨中横向、垂向加速度均低于规范限值,基本满足要求;就车辆而言,各工况下安全性和舒适度均满足要求,因此,48 m简支梁能满足客车120~250 km/h范围内安全舒适运行。此外,车桥系统动力性能满足要求时所采用的轨道不平顺样本特征与我国160 km/h级的轨道不平顺管理值相当,综合考虑分析结果和我国线路运营维护水平,建议采用160 km/h级的轨道不平顺管理值作为该桥的不平顺管理标准。     

意大利高速铁路Sesia大桥的动力特性及车桥耦合振动分析

建立了包括钢轨、轨枕、道床、梁体在内的意大利Sesia大桥空间有限元模型,对桥梁的自振特性进行了计算和实测分析。按照轮轨密贴接触假定推导了车-桥系统耦合运动方程组,以德国低干扰谱生成轨道不平顺样本作为激励源,对意大利ETR500Y高速列车通过Sesia大桥引起的桥梁动力响应和桥上车辆的振动响应进行了计算分析,讨论了共振车速的范围并对桥上车辆的运行安全性和平稳性进行了评价。部分计算结果与实测数据进行了对比,吻合较好,从而验证了所建立的模型及分析方法的精度和有效性。结果表明：Sesia大桥结构刚度很大,当列车以288km/h的速度通过时,挠跨比只有1/17510;当列车以340km/h的速度通过时,桥梁的竖向位移出现了一个较为明显的峰值,说明这一速度可能引发结构共振;桥上车辆的各项动力指标响应值均很小,能较好地满足高速行车要求。     

高速铁路常用跨度简支箱梁竖向共振条件分析

通过对动车组列车作用于高速铁路常用跨度简支箱梁的竖向共振条件进行理论探讨,并对常用跨度简支箱梁实测竖向自振频率及动力响应数据进行分析,得出如下结论:明确了高速铁路常用跨度简支箱梁在动车组荷载下的竖向共振作用机理,得到了简支箱梁的共振、超谐共振及消振速度计算公式;动车组列车对桥梁的竖向加载频率主要取决于列车速度和车长,加载频率等于桥梁的自振频率或为自振频率的1/2、1/3……时,桥梁结构发生共振或超谐共振;我国高速铁路常用跨度简支箱梁在运营速度(350 km/h)范围内梁体不会发生竖向共振;对高速铁路40 m、32 m和24 m简支箱梁的实测数据分析表明,在运营速度范围内存在2阶、3阶、4阶超谐共振现象,梁体动力响应出现峰值效应,与理论分析结果吻合;简支箱梁的消振速度与桥梁跨度和自振频率相关,当满足消振条件时,桥梁竖向动力响应降低。     

地震诱发沙土液化对高速铁路车桥系统动力响应的影响分析

为研究地震诱发沙土液化对高速铁路车桥系统动力响应的影响,以某(88+168+88)m预应力混凝土连续刚构桥为例,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过“m法”考虑桩土相互作用,同时引入液化土力学指标折减系数Ψ模拟砂土液化,建立了带有群桩基础的全桥有限元模型。在此基础上,基于TTBSAS程序系统研究了液化深度和液化程度对车桥系统动力响应的影响并分析了桥上列车的行车安全性。结果表明：桥梁横向位移随液化深度的增加会显著增大,而横向加速度的变化规律还与列车车速有关;行车安全性指标随液化深度的增加均增大,但增幅小于桥梁位移,且液化深度对桥上列车行车安全性的影响会随车速的增大逐渐减弱;液化程度对车桥系统动力响应的影响与液化深度基本一致;不考虑场地沙土液化会高估列车过桥的行车安全性,其中：对于脱轨系数指标,考虑与不考虑沙土液化时的安全车速阈值分别为275 km/h和300 km/h,对于轮对横向水平力指标,分别为200 km/h和225 km/h。研究成果可为液化场地高速铁路桥梁的行车安全评价提供参考。     

基于响应差的老旧连续梁桥损伤判定研究

该文针对需要改建的老旧桥梁状态数据不全问题,提出一种基于响应差的连续梁桥损伤判定方法。使不同配重车辆在连续梁桥上行驶2次,采用极大值逐次逼近法处理由车体加速度响应差获取的离散小波变换系数来精确获取桥梁损伤位置。利用桥梁挠度差、损伤位置和MSAA系数等构建损伤程度指标,并基于数据拟合损伤程度与损伤指标间的函数S(E)实现对损伤位置的损伤程度判定。通过刚度折减模拟不同相同跨径、不同跨径以及不同刚度的桥梁损伤情况来验证方法的有效性,结果表明：该方法的损伤判定误差均满足要求,可适用于不同跨径、不同刚度的连续桥梁,具有较强的鲁棒性,能满足工程实际需要。     

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置（即0°与180°）随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。