铁路桥梁与高速列车的动力试验研究

在我国秦沈客运专线狗河大桥进行了高速列车作用下的动力试验。试验桥梁由跨度24m的多跨预应力混凝土简支箱梁构成,试验荷载为我国自行制造的中华之星和先锋号列车,其最高试验速度分别达到321.5km/h和290km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、阻尼等自振特性,梁的动挠度和横向位移、梁体振动加速度、墩顶横向位移等动力响应,以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨力、车体振动加速度等动力特性。试验结果表明客运专线24m预应力混凝土箱梁在高速列车作用下的各项动力学指标良好,中华之星和先锋号高速列车具有良好的行车安全性和平稳性。     

列车动载作用下偏压基坑围护结构的动力响应分析

深圳地铁五号线民治站基坑工程紧邻平南铁路,路堤顶部高于基坑开挖面7～9m,基坑地连墙切入铁路路堤坡脚2m,不仅承受较大偏压静载,且受列车动载影响。通过现场测试获得列车激振荷载衰减规律,并作为激励作用于动力有限元模型,比对5种工况讨论了列车荷载对基坑围护结构的振动响应。结果表明,实测列车水平加速度大于垂直加速度,并随着水平距离及竖向深度的增大呈非线性衰减。围护结构变形对列车激振作用比较敏感,而内力变化不大。基坑开挖中,紧临铁路侧连续墙和支撑结构振动加速度存在一定的放大效应,而车站结构施做完毕,紧临铁路侧振动加速度变化不大,而远离铁路侧振动幅值有较大增长。基于变形控制标准,提出了列车限速60km/h的减震控制措施,可供类似工程参考。     

板式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与板式轨道的动力相互作用。提出了高速列车—板式轨道系统(简称此系统)空间振动分析方法:列车模型每节车辆考虑26个自由度;针对板式轨道结构特点,建立了32个自由度的板式轨道空间振动轨段单元新模型;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立了此系统空间振动矩阵方程;采用Wilson-θ法求解。计算了板式轨道在高速列车作用下的位移以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场试验结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与现场试验结果具有较好的一致性,由此说明文中提出的方法正确可靠。最后,还探讨了轨道刚度对此系统空间振动响应的影响规律。     

斜拉桥在地震与列车荷载同时作用下的动力响应分析

为探讨在地震荷载作用下斜拉桥-列车系统的动力响应行为,运用桥梁结构动力学与车辆动力学的理论方法,通过车-桥耦合系统在地震动和轨道不平顺激励下的振动分析模型及相应的仿真计算程序,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥方案为研究对象,对在典型地震波激励下列车过桥的全过程进行了模拟。结果表明,地震对斜拉桥上运行列车的安全性有重要影响。     

铁路桥梁列车制动力的试验研究与计算分析

列车制动力是作用于铁路桥梁结构设计的重要荷载之一。通过对货运机车车辆制动参数和制动特性的试验研究,对列车单元车体最大制动力进行了理论分析和计算;编制了计算程序ZDL,通过对我国不同长度的现营重载货运列车编组的动力计算,得到了不同长度桥梁结构的最大制动力率为0.2和有效制动力率为0.17。与实际桥梁紧急制动试验结果值对比符合较好。进一步提出了对重载货运列车紧急制动进行全过程动态描述的动力计算方法。为确定我国铁路桥梁制动力荷载提供了实桥试验研究结果和理论分析依据。     

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.     

直线电机列车-桥梁系统动力分析

根据架悬式和抱轴式两种电机安装方式特点的不同,推导了直线电机(LIM)列车车载电机与桥上感应板间的竖向电磁力的表达式,建立了用于进行LIM列车和桥梁振动分析的力学模型,重新定义了LIM车辆的脱轨系数和轮重减载率,并对这两种电机安装方式下的车桥系统动力特性的差别进行了讨论.以一座三跨(45.5 m + 65 m +45.5 m)连续刚构桥为工程实例,使用专门编制的计算机程序计算了LIM列车过桥时的列车-桥梁系统的耦合动力响应.计算结果显示,抱轴式LIM列车的运行安全性与平稳性要优于传统列车,具有优越的动力性能.     

建筑物在爆破地震作用下的动力响应分析

根据小波分析理论,通过db8小波进行小波分解得到各层级的重构信号,探究爆破地震波到达不同测点处动力响应的区别,以达到优化爆破设计参数的目的。通过对比建筑物内外测点监测结果可以得出:建筑物固有频率所在频带的信号出现一定的放大效应,有些距固有频率较远的频带波形表现出快速的衰减特性,爆破地震信号的低频成分在建筑物中的持续时间得到延长。     

高速列车所致声屏障结构的动力响应分析

利用通用有限元软件Ansys建立插板式声屏障有限元分析模型,对脉动风荷载作用下的声屏障立柱和面板的动力响应进行瞬态分析,结果表明声屏障结构最大的动力响应发生在倒数第二根立柱的顶端,面板的最大动力响应发生在面板与倒数第二根立柱顶端接触的地方,且面板的最大动力响应要略小于立柱的最大动力响应。声屏障立柱和面板的位移、加速度峰值随列车运行速度的提高而增大,随声屏障距线路中心距的增大而减小。运用基于Matlab的傅立叶变换对声屏障立柱和面板的位移峰值进行频谱分析,结果表明声屏障结构不会发生共振。为保证列车运行时声屏障结构的安全,综合考虑分析结果,建议声屏障设计时其基频应在15 Hz以上。     

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。     

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。     

地震作用下铁路斜拉桥动力响应及行车安全性研究

为研究高速铁路斜拉桥在地震作用下的车-桥耦合动力响应及列车走行性能,以新建杭长客专铁路长沙段（112 m+80 m+32 m）槽型截面独塔斜拉桥为研究对象,利用车-线-桥耦合动力学分析软件TRBF-DYNA建立了考虑地震作用的列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力分析模型。采用等效荷载法计算轨道-桥梁子系统的地震响应,通过考虑拟静力位移分量,将钢轨相对地震响应转化为绝对坐标系下动力响应,最终通过空间轮轨滚动接触模型将地震作用传递至车辆子系统。对比分析了不同列车运行速度和不同地震强度条件下桥梁、列车动力响应的变化规律,评估了列车行车安全性能。结果表明：地震对列车运行安全性有显著影响,根据我国规范可判断列车在7度、8度、9度多遇地震下的安全行车速度阈值分别为200 km/h、180 km/h和140 km/h;根据轮轨接触评判准则,在80 km/h~240 km/h的行车速度范围内,在7度、8度和9度多遇地震下轮轨相对位移仍在安全范围内。     

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。     

风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析

建立了风-列车-桥梁体系动力分析模型,根据实测空气动力参数和颤振导数模拟产生抖振力和自激力时域随机风荷载作为输入激励,以一座大跨度悬索桥方案为例,分析了风作用下桥梁和车辆的动力响应。结果表明:悬索桥的横向、扭转位移由风力控制,竖向位移主要由列车重力加载引起。风对桥上列车的运行安全有很大影响:在平均风速为30~40m/s的脉动风作用下,车辆的轮重减载率、脱轨系数和倾覆系数超标,必须给予足够的重视。     

高速铁路桥上有砟-无砟轨道过渡段动力学研究

基于京沪高速铁路特大桥上的有砟轨道与CRTS II型板式无砟轨道之间的过渡段实例,建立了车辆-轨道耦合动力学有限元计算模型,通过不同结构处理措施对有砟-无砟轨道过渡段动力学特性的影响研究,研究表明：当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为20～30MN/m时,有砟轨道的整体刚度大于无砟轨道;当有砟轨道轨下胶垫刚度为55～75MN/m,无砟轨道轨下胶垫刚度为40～50MN/m时,无砟轨道整体刚度与有砟轨道大体相当;过渡段枕、宽枕等不宜在有砟轨道刚度大于无砟轨道时使用;采用道砟胶结后提高了道床的整体性及过渡段轨道结构的稳定性,但增加了轨道刚度,应同时降低轨下胶垫刚度,以减小轮轨力;辅助轨只是增加了轨道结构的稳定性,对轨道刚度影响较小。     

汽车撞击作用下车桥系统的动力响应及高速列车运行安全分析

建立了撞击荷载作用下的高速列车-桥梁系统动力分析模型,将汽车撞击力时程作为系统的撞击荷载,以一座5m×24m连续箱梁桥和ICE3高速列车为例,模拟汽车撞击力作用于桥墩和列车过桥的全过程,分析了车桥梁系统的动力响应,对桥上高速列车的运行安全指标进行了评价。结果表明：汽车撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对高速列车运行安全有极大的影响。对撞击作用下的桥上高速列车走行安全控制方法进行了探讨,给出了列车速度-撞击力强度安全阈值曲线。