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。     

移动荷载列作用下简支梁振动响应参数研究

推导了移动荷载列作用下简支梁位移响应的精确解,在此基础上引入3个无量纲参数,研究了荷载移动速度、荷载频率及结构阻尼对桥梁响应的影响,分析了简支梁在一定荷载速度下的共振和消振现象发生机理。结果表明:桥梁跨中的最大位移响应并非随着荷载速度的增大而单调地增大,而是表现出一种类似正弦但波幅逐渐变大的方式;当移动荷载列以消振速度通过桥梁时,引起的桥梁余振响应趋近于零;简支梁的共振速度与移动荷载列的间距有直接关系,当共振速度同时又是消振速度时,共振现象被抑制;当简谐荷载移动速度较低时,梁体位移在荷载频率等于梁体第一阶自振频率时达到最大响应,随着荷载移动速度的增大,梁体位移达最大响应不再发生于荷载频率等于梁体第一阶自振频率的情况。     

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。     

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。     

地震作用下高速铁路桥梁动力响应试验分析

通过分析“九寨沟地震”作用下现场实测的高速铁路桥梁结构（距离震中约195km）动力响应特征及地震预警时间,并将地震和动车作用下的实测数据进行时域和频域对比,得出：地震S波作用下桥梁结构动力响应快速增大,最大值约为P 波作用下的2?5倍;桥址处“异地震前预警”时间约为50s,“现地地震P 波预警”时间约为15s;地震作用下桥梁结构以高墩的低频、整体横向振动为主,横向振动数值大于竖向;地震作用下墩顶横向振幅最大值是动车作用下的43倍,梁体竖向振幅与桥梁跨度呈正相关;动车组列车作用下的梁体横向和竖向加速度均大于地震作用;对比地震发生前后的桥梁自振特性、竖向刚度、振动参数,表明桥梁结构工作状态无异常变化。     

TMD对高速列车通过简支箱梁桥时的振动控制研究

提出了一种可考虑TMD影响的列车桥梁空间振动时域分析方法,桥梁采用常规有限单元模拟,高速列车TMD采用南弹簧阻尼器相连的多刚体模拟,直接建立车-桥TMD时变系统运动方程,采用数值积分方法求解系统空间动力响应.以无碴轨道预应力混凝土40 m双线简支箱梁为例,首先对日本S.K.S.列车通过桥梁时引起共振的临界车速进行了分析,为控制箱梁共振车速下的较大振动响应,研究TMD不同参数对箱梁振动控制效果,大量计算了列车通过加装不同参数TMD箱梁时的动力响应.计算结果表明采用TMD可有效抑制高速铁路简支箱梁的共振,并得出了一种确定共振车速和TMD优选参数的简便方法,可供工程应用参考.     

移动荷载下高速铁路简支梁桥消振机理频域分析

桥梁动力响应问题随着列车运营速度的不断提高也愈加明显。为了保证列车在高速运行下引起的桥梁动力响应在安全范围内,则对建立列车运营时速与桥梁位移响应幅值之间的关系显得尤为重要。因此,针对多个移动荷载激励下桥梁消振机理提出了一种行之有效的频域分析方法。该方法首先对桥梁运动方程采用傅里叶变换,得到移动荷载匀速通过桥梁时的移动荷载傅里叶幅值谱;然后基于移动荷载傅里叶幅值谱,建立了移动荷载速度与桥梁消振效应之间的关系;最后以高速铁路简支梁为例验证了理论推导及分析的正确性和速度公式的有效性。结果表明:由频域得到的移动荷载傅里叶幅值谱能有效反映桥梁自由振动,与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致;非等间距移动荷载作用下桥梁发生消振现象时,第一类移动荷载消振速度仅与桥梁跨度、基频有关,第二类移动荷载消振速度与桥梁基频、移动荷载间距有关。     

高速铁路简支箱梁桥准静态变形对车桥动力响应的影响研究

针对高速列车运营阶段简支箱梁桥准静态变形对轨道平顺性的影响而引起的行车安全性问题进行了分析研究。首先建立了车辆-桥梁耦合动力相互作用模型,分析了桥梁准静态变形对轨道不平顺的影响,然后以轨道不平顺作为外部激励,分析了高速铁路简支梁桥在多因素作用影响下的准静态变形对车桥动力响应的影响。分析结果表明:梁体准静态变形对桥梁的动力响应影响很小;梁体徐变上拱对车辆竖向的动力响应影响较大,温度旁弯及墩顶横向变位对车辆横向的动力响应较大;梁体徐变上拱、温度效应引起的梁体旁弯幅值达到20 mm及墩顶变位幅值达到50 mm时,桥梁及列车各动力学参数均在行车安全范围内。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

二轴列车行经序列等跨桥时车辆共振响应分析

采用解析方法推导了二轴车通过序列等跨桥梁时车辆共振机理和条件,进而运用列车与桥梁动力分析模型及数值模拟方法来验证共振条件。结合重载铁路实例分析,以研究车辆共振对车桥系统影响规律。由研究结果得到以下几点结论:车辆出现共振现象是由车轮下规则的等跨梁重复性振频与车辆频率(车体点头或沉浮频率)一致而引起,就当前运营的重载列车而言,主共振车速常在正常运营速度之上,而次共振车速会落在列车运行速度范围之内;在车辆发生沉浮和点头主共振和次共振条件下,车辆动力响应和轮轨力将会被明显地放大;尽管车辆共振对桥梁动力响应的影响要比桥梁共振对车辆响应的影响要小,但对于短跨度桥梁而言,车辆共振也会显著加剧桥梁振动响应;当各节车辆均同时达到共振速度时,则会出现整列车出现全体性共振现象,是值得注意之处。     

轨道梁在磁浮列车以共振速度通过时动力响应分析

该文研究了高速磁浮列车运行引起的轨道梁动力响应问题。采用模态综合技术建立了梁墩体系模型,推导了高速磁浮列车轨道梁运动方程,运用迭代技术求解了列车轨道梁系统动力学方程,计算分析了高速磁浮列车通过24m简支轨道梁引起的动力响应,结果表明:随着运行速度提高,轨道梁动力响应相应提高,在350km/h左右存在一阶二次谐波共振;当列车运行速度超过400km/h时,轨道梁和列车动力响应将被显着放大,为避免轨道梁出现一阶一次共振现象,在设计上,应使轨道梁的一阶自振频率远高于磁浮列车与轨道梁的特征频率(即设计速度与车长比值)。     

铁路桥梁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桥梁的动力相互作用。建立了车桥系统分析模型:列车模型每节车考虑27个自由度;桥梁模型采用模态综合法,系统激励为实测轨道不平顺。模拟中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程,计算了桥梁在高速列车作用下的动挠度、振幅、梁体加速度、桥墩振幅以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场实测结果进行了对比。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

高速铁路简支梁桥的竖向共振现象

本文采用车－桥系统计算模型,对高速铁路多种不同类型简支梁桥可能发生的竖向共振现象进行了研究,给出了各种不同类型简支梁桥发生竖向共振现象时所对应列车速度,分析了不同的跨度对桥梁竖向共振峰值的影响,并就高速铁路简支梁桥如何避免和抑制桥梁竖向共振现象的发生和发展进行了初步的分析。     

简支梁在列车荷载下的共振与消振效应

对简支梁在移动荷载(单个移动力、等间距移动荷载列及列车荷载)下的振动进行了分析,得到了以桥梁自由振动方式表达的响应理论解。通过振动响应分析,得出了任一模态下简支梁共振及两类消振效应的发生条件,并阐明了它们的发生机理。第一类消振只与单个荷载的移动速度有关,第二类消振发生在两个荷载之间,并与它们的间距相关。当共振与消振条件同时满足时,共振将受到抑制,出现共振消失现象。用数值分析计算了一座19.1m简支梁桥在高速列车通过时的动力响应,并从单个轮对所引起的桥梁位移时程出发进一步说明了共振与消振机理和此时桥梁的响应特点,对解析结果进行了验证。     

提速列车作用下上承式钢板梁受迫振动实验研究

本文通过对京哈线下行大清河桥第9孔33.6m上承式钢板梁桥的现场实验结果的分析，以测试孔跨中实测横、竖向振幅为依据，较为详尽地研究了在提速列车作用下桥梁的自身的动力特性及其在提速列车作用下的动力响应，给出了在不同列车运行速度、不同列车编组情况下桥梁横、竖向振幅以及一阶受迫振动频率的变化关系，并对桥梁在列车通过时的桥梁的振动形态、结构的薄弱点及其加固方向进行了初步的探讨。     

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。     

TMD控制高架轨道箱梁结构振动的模型试验研究

高架轨道桥梁结构的振动与噪声问题已成为制约轨道交通发展的重要因素,为研究调谐质量阻尼器(TMD)控制高架轨道箱梁桥振动的效果,以铁路32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了轨道箱梁结构相似试验模型,并制作了可调谐TMD减振装置。在验证试验模型可靠性的基础上,分别附加控制1阶、2阶模态振动的TMD,通过对试验模型进行单点激振试验得到测点减振前后的振动响应,分析了TMD对箱梁桥的减振性能。研究结果表明:安装1阶、2阶TMD之前,在模态自振频率附近,振动响应出现了明显峰值;安装TMD之后,翼板和腹板的加速度有效值在模态频率附近得到了明显的抑制,并且激振频率越接近自振频率,TMD减振效果越好;当TMD质量比为0.02时的减振效果优于0.01。     

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。     

准高速行车下铁路桥梁振动特性的试验研究

铁路桥梁振动特性是制约铁路提速的一个重要因素.本文结合广州—深圳准高速铁路线石滩64m钢桥振动特性的实际测试,深入研究列车提速至大于120km/h的行车条件,跨度大于16m桥梁的共振问题.研究表明,提速列车作用下铁路钢桥的共振响应是不容忽视的,桥梁发生共振的根本原因是列车移动荷载对桥梁的激励频率与桥梁的某阶有载模态频率接近.上述结论验证了车桥系统耦合作用的理论分析.