高速列车荷载作用下铸钢焊接节点的疲劳分析

钢结构特别是焊接钢结构对动荷载特别敏感。武广客运专线武汉火车站采用了新型的“桥建合一”的结构型式,在长期往复动荷载作用下,上部大跨度钢结构的疲劳寿命令人关注。论文建立了铸钢节点包括焊缝的精细有限元模型,基于热点应力法和Miner线性累积损伤理论,分析了武汉站上部大跨度钢结构10管相贯焊接铸钢节点的疲劳寿命。分析结果表明：列车振动荷载引起的动应力对铸钢节点的疲劳寿命影响不大,满足结构使用寿命100年的要求。分析方法可为国内今后类似结构的疲劳寿命分析提供参考。     

不对称跨度下钢框架组合梁柱子结构抗倒塌能力分析

基于备用荷载路径法,在充分考虑楼板组合效应的基础上,以不等跨组合梁柱子结构为研究对象,提出了双跨组合梁在集中荷载作用下的显式简化模型,详细推导了其在连续倒塌过程中5个不同性态阶段(弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段及悬链线阶段)的承载力-位移相关计算公式,重点分析了组合梁柱子结构的抗连续倒塌机制。通过ABAQUS建立了相关数值分析模型,对理论公式进行了针对跨度比差异的数值模拟对比,结果表明理论公式对不对称跨度组合梁柱子结构连续倒塌分析具有良好的通用性和较高的计算精度。     

铁路钢桥环氧沥青柔性保护层在特种活载作用下的力学响应

随着铁路钢桥跨径的增大,铁路采用柔性保护层的研究受到重视。从铁路钢桥桥面系的结构组成及荷载传递特点出发,建立高速列车-轨道-环氧沥青柔性保护层-桥梁耦合体系有限元模型。通过典型铁路钢桥面系算例分析可见,保护层竖向位移、横向拉应力、纵向拉应力及钢板与保护层间剪应力峰值均出现在ZK特种活载中心作用于距横隔板1/4跨处(定义两横隔板之间距离为一跨);最大竖向位移发生在荷载作用的中心区域;最大横向拉应力出现在轨枕两侧以及纵肋上方对应的区域;钢板和保护层间最大纵向剪应力分布在荷载下方轨枕对应的保护层区域。此外,通过室内试验,验证环氧沥青柔性防水保护体系的抗拉和抗剪切强度满足理论分析结果和规范的要求。列车荷载作用下环氧沥青柔性防水保护层的力学响应及其分布规律,可为同类铁路钢桥桥面系保护层设计提供理论依据。     

列车行驶时桥梁结构损伤预警的时域方法

根据列车行驶时,铁路桥梁结构的损伤状态与列车荷载的相关性,提出了一种结构损伤预警的时域方法。该方法首先进行结构损伤敏感性分析,确定结构的易损截面;然后根据易损截面的损伤状态,从列车在桥梁上的行驶时间区域中,选择合适的子区域;再以加速度时域数据作为损伤指标,采用模式识别中支持向量机的方法在每个子区域内进行损伤预警研究。对一个三跨连续梁的实例分析表明：该方法具有较好的识别能力和较强的抗噪声能力。     

考虑桩土相互作用的车桥耦合动力分析

研究了桩土动力相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。基于子结构方法,将完整的列车-桥梁-桩基础-地基相互作用模型分解为列车-桥梁相互作用子系统和桩基础-地基相互作用子系统,分别建立两个子系统的运动方程。在建立桩基础-地基相互作用子系统的运动方程时,为了考虑该系统的频率相关性,通过连续时间有理近似将频域内的阻抗函数转化至时域内,并用一个高阶弹簧-阻尼-质量模型模拟。通过迭代计算得到两个子系统的动力响应。以一列8节编组的客车通过5跨简支梁为算例,研究了桩土相互作用对车桥耦合系统动力响应的影响。研究结果表明,考虑桩土相互作用以后,车桥耦合系统动力响应有所增加,在今后的分析中应充分考虑该因素的影响以获得偏于安全的计算结果。     

高速列车对建筑结构的振动影响

针对武广客运专线新广州站,建立列车-桥梁和桥梁-站房这两个力学计算子模型,通过对列车-桥梁动力相互作用进行分析计算,得出行驶列车作用在桥梁上轨道各节点的荷载时程,再将这些荷载作为外部激励,作用在桥梁-站房结构力学计算子模型上进行时程分析,计算讨论候车大厅楼板的振动情况,最后将数值结果与允许振动标准做出比较,得出一些列车经过对楼板振动影响的规律。     

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。     

地铁车辆段上盖物业车致振动分析

为研究地铁列车进出车辆段对上盖物业振动的影响,先结合两个实际工程,对武汉某车辆段和宁波某车辆段内运用库列车振动荷载进行现场实测,并对两车辆段内运用库列车振动荷载进行对比分析,探讨车辆段内运用库列车振动荷载特性。然后改善了基于弱振情况下结构精细化有限元模型构建方法和荷载输入方法,并基于实测数据验证了其合理性。最后建立了武汉某车辆段上盖物业精细化有限元模型,计算分析上盖物业的振动响应。计算结果表明：地铁列车进出车辆段引起上盖建筑物的振动高频成分较丰富,其主频率在40Hz附近,列车振动荷载特性决定了建筑物内振动的频域分布;建筑内楼板跨中各方向振级沿高度方向的变化是不同的,铅垂向Z振级沿楼层的上升呈现先减小后增大的特点,而在水平方向振级总体上呈现随楼层增大而增大的特点。本文的研究成果可为精确预测、分析和评价地铁车辆段上盖物业振动舒适度提供基础。     

金温线武义江桥列车走行性与行车安全指标研究

运用列车脱轨能量随机分析理论分析了金温线武义江桥列车走行性。计算结果表明尽管该桥横向振幅超过《检规》行车安全限值,但列车走行安全性、平稳性与舒适性有保障,在现行行车条件下,不需要对该桥采取加固或限速措施。对比超限桥梁横向振幅与《检规》行车安全限值可知,现有的桥梁横向振幅行车安全限值过于严格。基于列车脱轨能量随机分析理论,提出了铁路桥梁行车安全指标分析方法。具体内容为：确定桥梁跨中横向振幅作为梁墩系统行车安全判别参数,计算找出保证列车安全、平稳及舒适运行的临界梁墩系统,计算出临界梁墩系统跨中横向振幅作为桥梁行车安全限值。算出了金温线武义江32 m 预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值为L/6200,研究成果已被金温铁路公司采纳。     

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     

多层立体汽车客运站车致振动实测研究

随着城市化的加速,多层立体客运站已经渐渐成为汽车客运站的主要形式。多层立体客运站拥有寻求向空间发展、多层同时发车、功能层层叠加的等优点,但停车场和发车点设置在客运站内部的楼板上会带来一系列的振动问题。考虑了不同速度、不同车型、不同行驶方式等因素的影响,基于振动实测数据测量分析楼板的动力响应、频谱特性及其影响因素,并对客运站内的功能区进行振动测试和舒适度评价。研究结果表明:车速是整个客运站振动超标的主要原因,而轴重在小幅度增加的情况下振动响应影响不大;刹车(急刹或缓刹)和转弯等情况下的行车方式会导致速度的减小,从而导致竖向振动的减小;当车辆通过办公区域正下方时,办公区域内舒适度会出现超过限值的情况,建议在客运站内部车辆的行驶速度要低于一定的阈值。最后,客运车辆导致的楼板垂车向、顺车向振动存在量级上的差异,因此综合交通枢纽车站的振动舒适度问题可以主要关注竖向振动。     

铁路卧铺客车人体振动舒适性建模与仿真

铁路卧铺客车乘客在卧姿状态下所承受的全身振动是影响其乘用舒适度的主要因素。研究了卧姿人体垂直振动模型,在铁道车辆二系悬挂动力学模型基础上,考虑卧铺的隔振作用与卧姿人体的垂直振动响应特性,建立了14自由度"人-铺-车辆"振动系统空间垂向耦合动力学模型,研究了在轨道随机不平顺激励下的卧姿人体垂直振动响应。应用卧姿人体全身振动舒适性评价标准,建立了铁路卧铺客车人体振动舒适性仿真流程。通过对人体头-臀二部位加速度均方根值先后进行部位计权和频率计权,得到卧铺客车卧姿人体振动舒适性指标。以M atlab为工具编制了卧铺客车人体振动舒适性仿真软件,交互输入车辆与人体的结构和动力学参数后,自动完成卧姿人体振动舒适性仿真计算,进而为铁路卧铺客车人体振动舒适性分析及车辆悬架参数优化提供了有效分析手段。     

武汉站轨道箱型梁车致振动响应研究

以建桥结合武广客运专线武汉站为工程背景,针对车致振动可能引起的舒适度问题进行前期列车进出站引起的轨道箱型梁振动响应研究。建立了轨道梁结构的有限元分析模型和基于舒适度研究的车致振动分析方法,通过数值研究考察了轨道梁的振动状况。进一步地通过环境振动和车致振动实测获取结构关键部位的振动响应,并与理论分析结果进行了对比研究。结果表明,前期建立的分析模型正确,计算分析方法可靠,可以有效地反映结构的车致振动响应,为后续上部结构振动舒适度评价奠定基础。相关分析方法可为今后同类建桥结合大型车站结构桥梁部分的振动分析所采用。     

高架候车厅车致振动特性及减振控制研究

为评估某火车站高架候车厅结构车致振动特性及振动对于舒适度的影响,采用振动测试的方法对列车经过时该候车厅不同部位的振动进行现场实测。基于实测数据及数值模拟分析对比,得到该火车站结构不同部位对车致振动的响应特征,在此基础上结合国家标准进行舒适度评估;通过1/3倍频程谱分析,研究结构不同部位各频带范围的加速度振动级。对于加速度振动级超出标准限值的工况,采用数值模拟的方法进行多重调谐质量阻尼器减振系统的设计。结果表明:重载货运列车过站时,火车站高架候车厅的车致振动最大加速度振动极易超过75 dB的标准限值从而对舒适度产生影响;在对该车站的研究中,通过对减振系统的优化设计,阐明明合理设计的多重调谐质量阻尼器系统可以有效降低候车厅的振动响应,其振动加速度最大降幅达到73.9%,振动加速度级最大减值为19.9 dB。     

某体育馆楼板振动舒适度研究

针对某大学体育馆楼板振动舒适度问题,建立楼板计算模型,计算楼板在不同边界等条件下的自振频率。现场实测楼板自振频率和最不利情况时楼板振动加速度值。楼板自振频率的计算值和四边固定且无活荷载时的实测吻合较好,表明数值计算模型是合理的。基于实测加速度值,利用国际标准ISO 2631-1997对楼板振动舒适度进行评价,评价结果表明楼板满足舒适度要求。所采用的基于国际标准的评价方法可供国内其他工程结构楼板舒适度的评价提供参考。     

车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响分析

地铁诱发环境振动是城市轨道交通工程设计中重点关注的课题。本文系统研究了地铁车站考虑地铁运行诱发环境振动的数值建模问题,给出了计算模型建立的思路及相关计算参数的取值方法。以某拟建地铁车站为例,建立了车站结构-土的准三维有限元模型,分析车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响,从振动加速度时程反应、1/3倍频程谱和峰值衰减规律等方面对叠合墙式、复合墙式和离壁墙式三种不同型式车站方案进行了详细的对比分析。研究结果表明：分离车站结构内衬墙和地下连续墙可减小地铁诱发的环境振动。对于环境振动水平需要严格控制的地区,地铁车站可选用离壁墙式结构方案。     

河床式水电站副厂房GIS室隔振研究

结合某河床式水电站实际工程,采用有限单元法,对尾水管内水流脉动压力作用下阻尼弹簧隔振装置对副厂房GIS室的振动影响进行了研究。结果表明：GIS室楼板由隔振弹簧支承于梁柱上后,对副厂房整体结构的振动特性影响很小,GIS室楼板与其支承结构的振动特性差异明显;当隔振系统自振频率在3.5~4.5Hz时,隔振措施能兼顾隔离低频和高频脉动压力的振动影响,特别是能有效减小因高频脉动压力引起的高振动速度和加速度,对结构振动控制十分有利。     

基于车桥耦合随机振动分析的钢桥疲劳可靠度评估

发展了一种基于车桥耦合系统随机振动分析的铁路钢桥疲劳可靠度评估方法,建立车桥耦合系统模型,选取车速和轨道不平顺作为基本随机变量进行随机振动分析,以此确定桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数的概率模型。在此基础上,建立基于S-N曲线法的疲劳极限状态函数并进行疲劳可靠度分析。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例进行了疲劳可靠度评估,并讨论了车速及轨道平顺性对构件疲劳可靠性的影响。结果表明:该文方法可有效用于铁路钢桥疲劳可靠度评估;受车速及轨道不平顺随机性的影响,列车引起的桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数均具有一定的不确定性,应视为随机变量,二者可采用对数正态分布表示;车速和轨道不平顺可显著影响桥梁构件的疲劳可靠性,疲劳关键构件的可靠度指标随着轨道平顺性增强而提高。     

铁路客运站复合式地板辐射供冷模拟分析

以河南周口车站为例,应用EnergyPlus软件建立复合式地板辐射供冷系统和全空气系统模型,分析夏季工况下室内温度等热舒适性参数,并对系统进行能耗分析。研究表明,铁路客运站采用复合式地板辐射供冷系统可以较好的满足热舒适性要求,同时具有良好的节能效果。