30t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应研究

为研究多跨30 t轴重重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,采用经过验证的梁轨相互作用模拟方法,建立了考虑桩-土共同作用、桥墩弹塑性变形、滑动支座摩阻力、线路非线性阻力的多跨重载铁路简支梁桥与双线有砟轨道相互作用仿真模型,揭示了一致激励和行波效应下重载铁路简支梁桥-轨道系统地震响应规律,探讨了路基段钢轨长度、简支梁跨数、跨度、线路纵向阻力形式、滑动支座摩阻系数等设计参数的影响,分析了温度、列车制动和地震耦合作用下系统的受力特征。研究表明:当地形地质条件相差不大时,简支梁跨数可简化为11跨、路基段钢轨长度可取为150 m;线路阻力减小时,梁体间、梁体与桥台间可能出现碰撞现象甚至发生落梁;纵向一致激励下,钢轨应力包络图呈"双菱形",其最大值出现在桥台附近,而梁缝附近梁轨相对位移较大,易发生动力失稳;行波效应下,系统受力和变形规律发生显著改变,即使对于跨度较小的简支梁桥,也应考虑行波效应的影响;温度和列车制动作用将进一步增大轨道结构在地震中发生动力失稳的可能性。     

考虑地震行波效应的高铁连续梁桥梁轨互制

为研究行波效应下高速铁路连续梁桥与无缝线路的非线性互制作用,采用带刚臂的梁单元模拟梁体,用非线性杆单元模拟梁轨间的互制作用,建立了考虑纵向和竖向地震动行波效应的梁轨相互作用模型。以我国沪昆线上某(60+100+60)m连续梁桥为算例,分析了轨道结构对梁体和墩台地震响应的影响,研究了纵向和竖向行波效应下钢轨和墩台的受力特点。研究表明：轨道的存在可提高系统基频,降低连续梁桥地震响应;但在地震动的行波效应下,钢轨纵向力最大值可达一致激励下的1.2倍;减小线路纵向阻力,增加桥墩刚度可减小地震作用下的钢轨应力;在检算钢轨时,还应累计竖向行波效应对钢轨受力的影响。     

梁轨纵向位移阻力系数双弹簧模型研究

对考虑加载历程的城市轨道交通桥梁梁轨非线性相互作用问题进行了研究。基于DT-2扣件位移阻力试验结果和分析,提出适用于加载历程的扣件“双弹簧模型”。采用该模型进行梁轨相互作用计算,并与传统线性叠加方法进行对比分析。结果表明:传统“线性叠加”法在钢轨拉压力计算上偏于保守,而在梁轨相对位移与墩顶纵向水平位移计算上偏于不安全。     

现代有轨电车小半径曲线桥桥墩横向刚度研究

现代有轨电车小半径曲线桥梁桥墩横向刚度对线路的平顺性有重要影响。基于有限元法,建立曲线桥梁-无缝线路空间耦合作用计算模型,以某35 m+40 m+40 m+35 m曲线钢-混组合桥为例,分析了多种因素对轨向不平顺的影响。结果表明：曲线桥上无缝线路会因纵、横向梁轨耦合作用引起中长波的轨向不平顺;轨向不平顺幅值与桥墩纵向刚度、轨温变化幅度、扣件纵向阻力极限荷载正相关,与桥墩横向刚度、曲线半径、扣件纵向阻力弹塑性临界位移负相关,其中曲线半径影响最为显著;曲线半径从150 m增加至600 m,中点弦测法、矢距差法所确定的轨向不平顺幅值降幅均超过60%;确定了有轨电车常用跨度连续梁桥在不同曲线半径条件下对应的桥墩横向刚度限值,其中钢-混组合桥对应桥墩横向刚度限值是同等条件钢筋混凝土桥的1.2倍～2.0倍。建议曲线桥上无缝线路设计中优化锁定轨温,或采用小阻力扣件,可有效降低因梁轨相互作用引起的轨向不平顺幅值和桥墩横向刚度限值。     

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers, DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明：在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。     

行波效应下铁路简支梁桥梁轨系统地震响应

基于多点激励的大质量法,采用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑地震动行波效应的简支梁桥梁轨相互作用模型。以沪昆线上某5-32m简支梁桥为算例,分析了行波效应作用下轨道结构对桥梁地震响应的影响,研究了行波效应下钢轨和墩台的受力特性,并对相关参数的影响做了探讨。研究表明：行波效应下轨道结构将大大增强梁体和下部结构的地震响应;轨道对行波效应极为敏感,视波速越低轨道和墩台受力越大;支座布置形式和桥墩刚度突变对相邻桥墩受力影响显著;随着简支梁跨数的增加,钢轨和桥台受力逐渐增大并趋近于一定值。     

温度应力在无缝线路设计中的计算分析

无缝线路轨道由于限制了钢轨的纵向自由伸缩,在环境温度变化下,钢轨中会产生较大的纵向力,可能导致产生严重后果。为保证无缝线路的强度和稳定,需要了解温度应力对无缝线路产生的影响及计算方法。本文分析了温度应力对无缝线路的影响并介绍了温度应力在无缝线路应用中的计算方法。     

铁路跨区间无缝线路施工

无缝线路也叫长钢轨线路,就是把若干根标准长度的钢轨经焊接成为1000～2000m而铺设的铁路线路。所谓跨区间无缝线路,即轨条与轨条、轨条与道岔直接焊接,轨条之间直接传递纵向力和位移量。本文就跨区间无逢线路施工技术进行叙述,以期能与同行相互交流。     

墩台沉降对桥上纵连板式无砟轨道线路动力影响

基于耦合动力学理论,考虑纵连板式无砟轨道-桥梁系统各部件间非线性接触,建立高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维非线性有限元耦合动力学模型。运用建立的模型,研究高速列车在桥上纵连板式无砟轨道线路墩台不均匀沉降区段行驶时,墩台沉降对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性的影响。研究结果如下:①墩台不均匀沉降对高速列车、纵连板式无砟轨道各部件振动特性有很大影响,但对桥梁振动影响相对较小;②墩台不均匀沉降对最大垂向轮轨力、扣件最大压力影响较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响较大;③墩台不均匀沉降对耦合系统振动特性及无砟轨道动应力特性的影响不是简单的单调线性增加,而与墩台不均匀沉降引起的无砟轨道各部件间、无砟轨道与桥梁间局部脱空有关。     

客运专线高架轨道结构振动特性实测研究

针对轨道不平顺条件下高速客运专线桥上CRTSII型板式轨道的振动特性进行现场实测,对轮轨力、轨道结构的振动响应进行时域和频域的对比分析。结果表明:在轨道不平顺等影响因素作用下,上、下行方向列车以相近的速度运行时对轨道结构产生的冲击作用也相近。钢轨的振动主要由于轮轨表面不平顺激励所产生。在轮轨相互作用下产生的高频振动主要集中在钢轨上,而由于扣件系统的弹性减振作用,轨面不平顺引起的高频振动在轨道板和桥面板上体现不明显,由离散支撑导致的中频振动占据主要成分。列车荷载作用下,振动在轨道结构纵向传递主要在钢轨内部实现的。     

钢轨吸振器对高架结构垂向振动的影响

建立带有钢轨吸振器的高速铁路高架结构板式轨道与桥梁垂向耦合振动模型,分析钢轨吸振器对轨道和桥梁结构垂向振动的影响。模型已考虑了钢轨吸振器、板式轨道结构及桥梁间的耦合作用。钢轨吸振器被视为两自由度的质量-弹簧系统,钢轨、轨道板和桥梁被视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联接。利用动柔度函数,得到吸振器-板式轨道-桥梁系统垂向振动响应的解析表达式,并以轮轨表面粗糙度谱作为激励求解模型的振动响应。研究结果表明：钢轨吸振器在180 Hz～300 Hz及700 Hz～1 000 Hz频段内对整个高架轨道系统的位移幅值及相位、振动衰减产生较明显的影响;同时,在轮轨表面粗糙度谱的激励下,带有钢轨吸振器的轮轨系统的轮轨力在pinned-pinned频率处明显减小,在前两阶自振主频附近钢轨吸振器对整个高架轨道系统结构振动的影响较明显。     

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应

为研究考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应,选用某高速铁路连续梁及32 m简支梁桥作为研究对象,分别建立考虑轨道约束模型和传统全桥模型,基于绝对位移输入法(ADM),开展行波效应对两种不同抗震体系(延性及减隔震)铁路桥梁地震响应的影响分析。研究结果表明:对于延性抗震体系,行波对墩底曲率的影响表现为行波对结构反应更有利;对减隔震体系,行波对墩底内力的影响不及延性抗震体系明显。两种抗震体系中,墩梁相对位移的变化应予以考虑,防止邻梁碰撞现象。行波效应对轨道系统的影响应重点关注,避免其轴力过大发生扭曲。不同视波速下,简支与连续梁上的剪力齿槽水平剪力分配呈现此消彼长的现象,简支梁上剪力齿槽抗力应加强设计。行波中的拟静力成分对轨道系统地震响应的贡献显著,动力成分主导桥墩地震响应,两者共同决定总地震响应。     

基于虚拟激励法列车脱轨系数概率统计研究

为探讨高速铁路列车脱轨系数安全指标的随机特性,基于虚拟激励法与极值理论,采用多体动力学理论与有限元法建立车桥随机振动模型。采用垂向密贴、横向线性蠕滑轮轨关系建立车-桥耦合系统动力学方程;运用虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列频率点处简谐荷载的叠加,将非平稳问题转化为确定性的时间历程问题,通过分离迭代法求得轮轨力功率谱;基于调制函数,采用谐波叠加法在每一时刻求和得到轮轨力时程样本;通过极值理论探究脱轨系数最大值概率分布函数并求得其最大值。同时讨论了不同挠跨比情况下,轮轨力功率谱的平稳特性。基于该计算模型,以24.6 m混凝土简支梁为研究对象,研究不同车速下脱轨系数极值分布情况。研究结果表明:极值分布能很好的求得不同车速下的脱轨系数极值;速度越大,脱轨系数极值分布的离散型越强,对应的99.73%置信度脱轨系数值越大;置信度99.73%对应极值能较好的控制住时域样本最大值;就所研究的工况而言,桥梁变形对轮轨力功率谱平稳特性的影响很小。     

轨道减振器与弹性支承块或浮置板轨道组合的隔振性能分析

轨道交通运行引起的地面振动或高架轨道的高架桥结构振动源于轨道结构振动，对于几十赫兹到几百赫兹频率范围的轨道结构振动，应用轨道减振器、弹性支承块和浮置板可以得到比较好的减振降噪效果。本文在频域建立了轨道结构模型和车辆一轨道系统相对位移激励模型，分析计算了钢轨垫片／轨道减振器一弹性支承块／浮置板轨道结构的隔振性能，以及相对位移激励下轮轨间动载荷和传递给基础的力。结果表明，与垫片一弹性支承块／浮置板轨道相比，轨道减振器一弹性支承块／浮置板轨道组合可以在中频范围大大降低轮轨动态作用力，并且在中、高频段具有更好的隔振性能。     

荷载变形关系求解无缝线路轨道稳定性

无缝线路是一种新型轨道结构,是轨道结构现代化的标志。无缝线路稳定性分析是无缝线路的理论基础和关键技术。国内外都非常重视无缝线路的稳定性问题,并进行了大量的试验和理论研究。运用“荷载-变形”关系进行了无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与不等波长无缝线路轨道稳定性计算方法所得结果进行了对比,两者较为接近,误差不超过2.07%。从而证明此方法的正确性。     

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。     

无砟轨道端刺结构纵向位移的解析算法及应用

考虑高速铁路纵连板式无砟轨道底座板、摩擦板、端刺结构及路基土体的相互作用关系,深入分析了端刺顶部水平力的传递机理,借鉴水平荷载及弯矩共同作用下单桩承载力及变形的计算公式,推导出适用于计算端刺结构纵向受力与变形的解析算法。该方法中,底座板与摩擦板间“两布”滑动层的摩擦力假定为均匀分布,摩擦板和端刺间传递纵向力和弯矩且满足变形协调条件,路基土体对端刺侧面均匀支撑。解析算法的计算结果和基于有限元软件ANSYS 所建立的空间耦合模型具有较好的一致性,说明该文提出的解析算法正确可靠,可实现纵连板式无砟轨道端刺结构纵向位移的快速准确计算。端刺结构计算结果表明:随着大端刺深度、宽度及小端刺数量的不断增加,端刺纵向位移会不断减小,有利于减小底座板的纵向位移及土体的压缩变形。