列车-地震作用下桥梁结构的动力分析

当列车行驶在桥梁上,同时又遭遇地震作用时,二者的振动叠加或在某个时刻产生共振,会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题,本文以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁为例,通过特征值分析,得到了所建模型各阶振动模态及其频率,并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析,同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明,结构的第一阶振型为横向一阶,所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著;地震作用与列车荷载作用相比,其在不同于加载方向产生的响应较小,两者共同作用时,响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。     

轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应分析

针对跨座式单轨列车过桥时行车的舒适性、安全性及桥梁结构完整性问题,本文以重庆菜园坝公轨两用桥为例,分析了轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应,建立了桥梁结构的三维模型,并将轻轨列车荷载进行了适当的简化,通过特征值分析获得了桥梁结构的模态及频率,分别考虑了地震和移动荷载单独作用下桥梁结构的动力响应,并考虑了两种作用同时存在时桥梁结构的动力响应。分析结果表明,轻轨列车荷载对桥梁结构局部性能影响比较大;车速的提升对桥梁结构的振动影响并不显著;地震作用与移动荷载单独作用下引起桥梁结构的振动存在耦合。该研究对地震作用下公轨两用桥的运营安全及设计具有现实指导价值。     

地震作用下轮轨动态响应分析及列车地震预警阈值

为研究地震作用下高速铁路运行安全和脱轨机理,利用6 m×6 m大型振动台,对车辆-轨道模型进行全尺寸振动台模型试验.根据振动台模型试验,建立与之相似的多自由度、多刚体车辆-轨道数值模型,将振动台模型试验结果与车辆-轨道数值模型的计算结果进行对比,发现对比结果基本接近,表明车辆-轨道数值模型具有一定的正确性.然后,根据脱轨系数等指标在列车正常运行状态和地震作用状态之间的安全储备,提出确定高速铁路地震预警阈值的新思路,基于上述车辆-轨道数值模型,通过输入6条典型的水平向地震波对车辆-轨道数值模型分别进行地震时程分析,将计算结果中的脱轨系数和轮重减载率与地震波加速度峰值之间的关系进行统计分析,最后给出不同脱轨系数限值和不同轮重减载率限值相对应的高速铁路地震预警阈值评价表,并建议中国高速铁路地震预警阈值设为40 gal.     

汽车和列车荷载共同作用下公铁两用桥的动力响应

为了研究公铁两用桥汽车荷载、列车荷载和列车汽车荷载共同作用下的不同荷载组合对车桥耦合振动的影响,本文以滨州公铁两用钢桁梁桥为例,采用Ansys软件建立桥梁模型,并推导建立桥梁、汽车和列车的运动方程,通过三个子系统之间的相互作用,对三个子系统进行耦合,并采用Matlab软件编程求解,分析了三种工况下的汽车列车桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明,当汽车和列车同时作用在桥梁结构上时,与仅有汽车或仅有列车作用下的动力响应结果对比并不是简单地叠加关系,且不同位置的动力响应峰值也不一定出现在哪种工况下,所以对于公铁两用桥的结构设计,建议必须考虑多种不同工况,取包络设计。该研究为公铁两用桥的桥梁结构设计提供了理论依据。     

地震作用对车辆-道路系统耦合振动的影响

车辆采用13自由度三维全车模型,路面采用Kelvin地基上Euler梁单位进行离散,通过路面与轮胎接触点的平衡,建立起可以考虑车辆侧向滑动的车路耦合振动模型．将路面初始不平顺视为系统的竖向自激激励源,地震作为外部激励,建立起竖向和横向地震荷载共同作用下车路耦合方程,采用New—mark积分法对耦合方程组进行求解．数值分析结果表明,分析模型下,车路耦合系统的动力响应取决于地震荷载,而地震荷栽作用会使车辆的行驶安全性和乘坐舒适性明显下降;横向地震荷载对车辆和路面的横向振动有显著影响,对车辆的竖向振动可忽略;竖向地震荷载对车辆和路面的竖向振动影响较大,对车体的横向振动有一定程度的影响,以至于在评判车辆运行安全性时必须考虑其影响．     

列车荷载作用下地基土刚性对建筑物振动影响分析

建立有限元分析模型,考虑基础结构和土体的动力相互作用,研究不同土体刚性参数对附近建筑物振动影响。通过对软弱土、中软土、中硬土中结构动力响应分析,得出地基土刚性对框架结构动力响应影响规律。     

基于贝叶斯网络的高速列车碰撞风险评价

碰撞事故已成为影响高速列车运营安全的重要因素,采用科学方法对安全风险进行有效的预测与评估具有重要意义.从组织、人因错误的角度出发,利用贝叶斯网络构建了碰撞事故的致因关系.参考专家知识,基于风险发生概率语言变量量化基本事件的条件概率,构建条件概率表,利用GeNIe软件进行了概率推理和风险因素灵敏度分析,定量评估了列车碰撞的风险,找出了影响最突出的风险因素.通过案例研究表明,贝叶斯网络对于高速列车运营安全风险预测是可行的,计算得到的风险概率不仅指出了重要的影响因素,也反映了高速列车系统目前的安全状况.     

轨道刚度变化对高速列车-板式轨道系统振动响应的影响分析

针对板式轨道的结构特点,利用横向有限条与板段单元模拟板式轨道,并考虑轮轨竖向位移衔接条件,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,建立了高速列车-板式轨道动力学耦合系统的竖向振动矩阵方程.在此基础上,分析了板式轨道的刚度变化对此系统竖向振动响应的影响规律.计算结果表明,合理的轨道刚度将有利于降低此系统的竖向振动响应.并建议CA砂浆刚度合理的取值范围为1 000—1 500 MPa/m,轨下垫层刚度合理的取值范围为60—80 kN/mm.     

高速列车座椅疲劳可靠性分析

以高速列车座椅为研究对象,使用有限元软件ANSYS Workbench,结合IEC61373-1999标准中的功率谱密度函数对座椅进行随机振动数值仿真分析,选择座椅材料的P-S-N曲线及相关参数数据,针对不同设计尺寸下的座椅结构,采用Miner线性累积损伤理论分别进行累积损伤疲劳寿命计算。在电动振动试验台上对座椅进行模拟长寿命试验,仿真计算结果和试验结果具有良好的一致性,验证了疲劳寿命仿真分析的有效性。     

高速列车对复杂隧道内空气压力的影响

复杂隧道内空气压力特性是隧道设计的重要参数,必须进行深入研究。为提高试验中信号强度和改善测量精度,采用水流代替气流作为流体介质进行复杂隧道模型实验,并研究竖井及中隔墙对空气压力特性的影响。得出了高速列车不同运行速度时复杂隧道内不同位置处的空气压力变化规律,即竖井可明显地降低隧道内的空气压力峰值和梯度,而中隔墙将恶化隧道内的空气压力环境。因此,在可能的情况下,对于复杂体型的长隧道,应尽量布设竖井而避免中隔墙。     

高层建筑地震扭转效应的控制

在建筑造型日趋多样化的今天,为使结构设计满足GB50011和JGJ3的要求,通过阐述高层建筑结构(包括多塔楼结构)在地震作用下扭转效应的控制原则,结合设计实例,提出了切实可行的控制措施,以供相关的结构工程设计参考。     

基坑周边超载作用位置对基坑变形的影响

结合实际深基坑工程,基于数值模拟计算,通过改变基坑周边超载距围护结构的距离,分析了超载作用位置对基坑围护墙体侧移、周围地表沉降和坑内土体回弹的影响.结果表明:超载在墙外距离(0.2～0.5)H范围内引起的围护结构水平变形最大;距基坑0.2,H处超载对地表沉降有较大影响,且离基坑较远的超载会引起地表出现两个沉降槽;坑内土体回弹主要受开挖控制,超载作用对其影响不大.     

沙尘暴环境下的高速列车运行安全分析

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种计算沙尘暴环境下高速列车运行安全的半耦合求解方法。首先,利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,获取沙尘暴作用下的平衡状态;最后,计算气动力作用下的车辆-轨道耦合动力学响应。这种方法兼顾了计算效率和流固耦合效应2个方面。基于此方法研究了不同沙尘暴环境下高速列车的动力学性能,结果表明:列车安全性指标均随着车速的增大而变差,随着沙尘暴强度的增大而变差;轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率出现了超过规定限值的现象,而轮轨垂向力相对较难超标。     

人行天桥在正线列车通过时的风振响应分析

对正线列车高速通过进站人行天桥时,人行天桥在列车风荷载作用下的振动响应进行了研究。根据时均化的Reyholds平均Navier-Stokes方程进行湍流数值模拟,并选取RNGk-ε湍流模型完成N-S方程的闭合,采用计算流体动力学分析软件Fluent完成高速列车过站时的三维紊态外流场的模拟,从而得到列车高速通过人行天桥时,作用在天桥表面上的风荷载时程曲线。最后通过有限元分析软件Ansys将已模拟的列车风荷载作用在人行天桥的表面,得到人行天桥的振动响应。结果表明,当列车高速通过进站人行天桥时,列车风对人行天桥的舒适度影响较大。     

一起两点接地故障引起主变保护动作的分析

结合保护装置动作情况,对一起主变保护动作事故进行分析。中性点不接地系统异相两点接地的故障波形很有特点,通过一次设备动作情况,对故障波形进行深入分析,对保护动作逻辑进行充分论证。35k V某线路C相发生单相接地,主变35k V引下线A相绝缘套管绝缘下降形成击穿接地,这两个故障点一个在差动保护范围内,另一点在差动保护范围外,这两点为故障电流提供通道,导致故障的发生。深入的分析和对波形产生原因的探讨,为以后同类型故障分析提供参考。     

结构竖向地震作用的研究

本文对我院关于结构竖向地震反应的研究进行了概括的总结。这些研究工作主要是关于高耸结构、高层建筑的竖向地震反应和竖向地震反应谱以及关于竖向地震作用的研究。     

天兴洲大桥主梁纵向地震反应的被动控制

采用通用有限元程序ANSYS建立了天兴洲大桥的动力有限元模型,在忽略桥梁非线性因素的情况下,建立了流体阻尼器对天兴洲大桥的纵向地震反应控制方程。采用流体阻尼器对天兴洲大桥纵向地震反应的控制进行了仿真分析,并对流体阻尼器粘滞阻尼系数对控制效果进行了分析,得出了流体阻尼器能够有效抑制天兴洲大桥的纵向地震反应的结论。     

重载列车引起地面振动的实测分析

论述了重载列车引起周围环境振动的影响评估,结合某线重载铁路的一段地面振动实测加速度时程,分别在时域和频域内对实测结果进行了分析;采用1/3倍频程下计权振动加速度级作为振动评价量,发现重载列车产生的水平振动很大,与竖向振动相比不可忽略。结合我国新标准对环境振动进行评价,为铁路沿线构筑物的隔振减振设计提供一定的依据。