轨道不平顺引起的车轨桥空间耦合振动分析

轨道不平顺对车轨桥空间耦合振动的影响是一个有待研究的问题。本文建立了车辆一无碴轨道-桥梁系统的空间耦合振动模型,并通过功率谱密度得到轨道不平顺的时域模拟样本,以其为激励源,分析车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应。通过对比,考虑高低不平顺的空间模型与4种几何不平顺的计算结果,由此得到,轨道不平顺的改变主要影响轨上部分的振动,对轨下部分以及桥梁结构影响不大。     

车-桥耦合振动2020年度研究进展

车桥耦合振动的主要研究内容包括轨道不平顺作用下的车桥耦合振动及随机振动、风车桥耦合振动、地震车桥耦合振动、新型轨道车辆-轨道梁耦合振动等方面。当前,中国铁路桥梁建设面临更大跨度、高速度、高舒适度等新的挑战,在风荷载及列车荷载等外部激励作用下,车桥间相互作用越发显著。如何准确预测实际复杂风环境下车桥耦合系统动力响应及高速列车的行车走行性,并为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供技术指导,成为2020年度车桥耦合振动领域的研究热点和发展趋势。     

车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风-车-桥耦合振动、地震-车-桥耦合振动、磁浮交通车辆-轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。     

武汉轻轨系统轨道结构随机振动研究

利用模态分析法,建立了车辆-轨道垂向耦合动力计算模型。在模型中,车辆为附有二系弹簧的整车模型,钢轨被离散为双层弹性基础上的欧拉梁。以随机振动理论为基础,分析了列车荷载作用下武汉轻轨系统轨道结构的垂向动力响应特征,得到了车辆、钢轨、轨枕、道床的响应功率谱密度函数以及轮轨之间的动作用力功率谱密度函数。结果表明,钢轨的垂向振动能量主要集中在高频段区域,由轨面垂向短波不平顺激发。     

地下铁路致建筑物内部过度振动的案例研究:实验测试和理论分析

通过分析不同速度下隧道、轨道不平顺、扣件刚度以及轨道系统和建筑物的振动,研究了由深圳地铁2号线引起荔湖新村建筑物内的过度振动.基于车辆-轨道系统耦合动力学的数值模拟证实了实验结果,并研究了合理对策.结果表明,钢轨波磨是引起过度振动的主要原因,扣件系统的垂向刚度是次要原因.通过钢轨打磨消除钢轨波磨以及更换扣件系统降低垂向...     

下穿U型道路在行驶车辆作用下的动力响应

为了解下穿U型道路在车辆荷载作用下的动力特性,通过对车辆、下穿U型道路振动系统的分析,将车-路耦合振动问题分解成两个独立的运动体系,即车辆振动子系统和道路振动子系统．利用车轮和路面的位移协调方程来考虑车路的接触,在空间整体车辆模型振动微分方程推导的基础上,考虑路面不平度的三维空间分布,对路面不平度非一致激励下U型道路的动力响应进行研究．结果表明,当路面平顺时,车-路耦合作用力波动很小;随着路况的变差,车-路耦合作用力迅速增大;在路面不平度的非一致激励下,左右轮作用力存在明显差异．车辆行驶速度对动载系数的影响较小,路面不平度对动载系数的影响较大．路况较差时,应考虑车辆荷载的冲击效应．     

高速铁路斜拉桥与T型刚构协作体系车桥耦合振动分析

建立了列车、斜拉桥与T型刚构协作体系空间振动的有限单元分析模型,按照轮轨密贴接触假定建立了车-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,对一座(100+2×210+100)m的斜拉桥与T型刚构协作体系的自振特性以及4种列车车型分别以不同车速通过该桥梁的空间振动响应进行了计算分析,结果表明:在计算桥梁的自振频率时,第一、第二自振频率均为主梁横向弯曲;斜拉桥与T型刚构协作体系可以提高全桥的竖向刚度;德国ICE3车型通过桥梁时,车桥系统振动响应最大,竖向挠跨比约为1/5 440,桥上车辆的各项指标均在我国规范规定的允许值以内;车辆乘客乘坐横、竖向平稳性指标均达到"良好"标准以上,表明该斜拉桥与T型刚构协作体系能较好地满足高速行车要求.     

车辆-轨道-桥梁空间耦合振动引起的环境振动

首先建立了车辆-无碴轨道-桥梁系统空间耦合振动模型,通过随机振动分析得到桥墩墩底反力,然后建立了土体-建筑物的三维有限元模型,并将以上得到的墩底反力作为土体-建筑物三维有限元模型的外部激励。分析结果表明,周围土体振动强度随距离的增加而减小,且都存在反弹区 周围建筑物的振动强度随桥墩距离的增大而减小,且在建筑物低层横向和竖向振动相差不大,但是到了高层处横向振动明显大于竖向振动。     

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.     

车辆—路面空间耦合振动模型及其动力响应分析

为准确模拟行驶车辆作用下刚性路面的动力响应,建立车辆—路面空间耦合振动精细化分析模型。车辆采用质点—弹簧—阻尼器空间整车模型,混凝土刚性路面采用弹性地基板有限元模型,采用改进的谐波叠加法考虑路面平整度的三维空间分布,利用车轮和路面的位移协调方程将车辆振动和路面振动联立求解。实例分析表明,所建立的车—路耦合振动模型能够真实地反映车辆和路面间的空间几何耦合关系和力学耦合关系;在三维路面不平度的激励下,车辆和路面的动态响应均表现出明显的空间分布特性;与瞬态动力分析方法相比,利用考虑路面不平度空间分布的车—路耦合振动模型对混凝土路面进行车辆动力响应分析时,路面弯沉和板底应力有明显增大。     

车轨桥空间耦合振动引起的环境振动与隔振措施

城市轨道交通车轨桥系统产生的振动通过周边土体传到建筑物基础从而引起建筑物的振动.针对该问题,首先建立了车辆-无碴轨道-桥梁系统空间耦合振动模型,通过随机振动分析得到桥墩墩底反力;然后建立了桥梁周边土体-建筑物系统的三维分析模型,得到了周边土体及建筑物的振动影响;最后在以上土体-建筑物三维模型中加设隔振沟进行隔振,分析其隔振效果.分析结果表明,隔振沟的隔振效果显著.     

基于傅立叶变换法的高速铁路轨道振动分析

建立轨道结构三层弹性梁模型,考虑轨道不平顺对振动响应的影响,利用傅立叶变换法求解振动位移.通过计算我国现有几种高速动车组运行时引发轨道结构的振动位移响应,得到轨道结构的振动加速度,分析了轨道不平顺及列车速度对振动幅值的影响.研究表明,较差的轨道不平顺状态及列车高速运行的组合情况下,轨道振动响应幅值将迅速增大.     

Analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system

The motor and trailer cars of a high-speed train were modeled as a multi-rigid body system with two suspensions. According to structural characteristic of a slab track, a new spatial vibration model of track segment element of the slab track was put forward. The spatial vibration equation set of the high-speed train and slab track system was then established on the basis of the principle of total potential energy with stationary value in elastic system dynamics and the rule of ＂set-in-right-position＂ for formulating system matrices. The equation set was solved by the Wilson-θ direct integration method. The contents mentioned above constitute the analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system. The theory was then verified by the high-speed running experiment carried out on the slab track in the Qinghuangdao-Shenyang passenger transport line. The results show that the calculated results agree well with the measured rcsults, such as the calculated lateral and vertical rail displacements are 0.82 mm and 0.9 mm and the measured ones 0.75 mm and 0.93 mm, respectively; the calculated lateral and vertical wheel-rail forces are 8.9 kN and 102.3 kN and the measured ones 8.6 kN and 80.2 kN, respectively. The interpolation method, that is, the lateral finite strip and slab segment element, for slab deformation proposed is of simplification and applicability compared with the traditional plate element method. All of these demonstrate the reliability of the theory proposed.     

Simulation of spatially coupling dynamic response of train-track time-variant system

There exist three problems in the calculation of lateral vibration of the train-track time-variant system at home and abroad and the method to solve them is presented. Spatially coupling vibration analysis model of train-track time-variant system is put forward. Each vehicle is modeled as a multi-body system with 26 degrees of freedom and the action of coupler is also considered. The track structure is modeled as an assembly of track elements with 30 degrees of freedom, then the spatially coupling vibration matrix equation of the train-track time-variant system is established on the basis of the principle of total potential energy with stationary value and the "set-in-right-position" rule. The track vertical geometric irregularity is considered as the excitation source of the vertical vibration of the system, and the hunting wave of car bogie frame is taken as the excitation source of lateral vibration of the system. The spatially coupling vibration matrix equation of the system is solved by Wilson-θ d     

地铁列车引起的振动对城市敏感建筑结构的影响

以某相对地铁线路水平距离较近的市级文物保护敏感建筑为研究对象,设线路时速70km／h,分析地铁列车运行时产生的振动对该建筑结构的动力影响。针对整体道床和橡胶减振垫浮置板道床,建立车辆-轨道耦合模型,采用Newmark方法计算列车载荷;建立轨道-土层耦合模型,利用有限元方法分析地铁列车引起的振动在地表面的传播特性,并计算地铁列车振动对敏感建筑结构及周围环境的影响。研究结果表明:采用整体道床时,敏感点的垂向Z振级和敏感建筑结构的水平速度都大于标准值;采用橡胶减振垫浮置板道床时,敏感点的垂向Z振级和敏感建筑结构的水平速度都低于标准值;同时说明橡胶减振垫浮置板道床具有很好的减振效果。     

Evaluation of vehicle-track-bridge interacted system for the continuous CRTS-II non-ballast track slab

Considering the CRTS-II track slab, which is commonly used in the Chinese high-speed railway system, a vehicle-track-bridge dynamic analysis method is proposed in which the vehicle subsystem equations are established by the rigid body dynamics method, the track subsystem and the bridge subsystem equations are established by the FEM, the wheel-rail contact relation is defined by the corresponding assumption in vertical direction and the Kalker linear creep theory in lateral direction. The in-span spring element is derived to model the track-bridge interaction; the equal-band-width storage is adopted to fit the track structure with multilayer uniform section beam; and the dynamic equilibrium equations are solved by the inter-history iteration method. As a case study, the response of a CRH2 high-speed train transverses a simply-supported bridge with successive 31.5 m double bound pre-stress beams is simulated. The result shows that using the vehicle-track-bridge interaction model instead of the vehicle-bridge interaction model helps predict the rotation angle at beam ends and choose an economic beam vertical stiffness.     

某城市地铁振源系统参数影响预测

为了研究正在建设的某城市地铁振源系统,根据地铁拟采用的车型、块下胶垫和扣件等参数,建立车轨垂向耦合振动模型。计算车体、轮对和道床的垂向最大振动加速度,分析车体运行的平稳性及振源的减振效能。结果表明:该城市地铁拟采用的振源系统具有良好的减振效能;A型车车体运行平稳性优于B型车;低速时,参数的选取对振源系统的减振效能没有明显影响,随着车速的增加,减振效能呈降低趋势且不同参数间差距扩大,但当车速大于60 km/h时,减振效能趋于稳定;对减振效能的贡献,扣件最大,块下胶垫的阻尼其次,而A、B型车体和块下胶垫的刚度影响则不明显。