轨道不平顺引起的车轨桥空间耦合振动分析

轨道不平顺对车轨桥空间耦合振动的影响是一个有待研究的问题。本文建立了车辆一无碴轨道-桥梁系统的空间耦合振动模型,并通过功率谱密度得到轨道不平顺的时域模拟样本,以其为激励源,分析车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应。通过对比,考虑高低不平顺的空间模型与4种几何不平顺的计算结果,由此得到,轨道不平顺的改变主要影响轨上部分的振动,对轨下部分以及桥梁结构影响不大。     

轨道刚度不平顺对高速车-轨-桥系统振动的影响

轨道刚度不平顺从轨面上难以区分,当列车通过时则会产生巨大的轮轨冲击或轨道变形,严重影响系统的安全平稳运营。针对该问题,首先解析推导了轨道刚度不平顺的数学表达式,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立了高速列车-板式轨道-轨桥耦合动力学模型;在此基础上从时域和频域角度研究了常规型轨道刚度不平顺对系统的影响;并以扣件失效为例,研究了缺陷型轨道刚度不平顺对系统动态特性的影响规律。结果表明:轨道刚度不平顺对系统振动有明显影响;轮轨力、轮对加速度及构架沉浮加速度等列车振动响应明显,表现出扣件间距及轨道板长度的周期性影响;在所考察的指标中,构架点头加速度对轨道刚度不平顺最为敏感;当考虑结构弹性后,轨道板边缘位置处的振动较板中位置处的振动大,两位置处钢轨加速度幅值比为1.17,而轨道板的加速度比值则达到了2.2;常规型轨道刚度不平顺主要引起结构周期振动,可能导致系统共振,加速结构损伤;缺陷型轨道刚度不平顺会造成轮轨冲击,严重时导致轮轨垂向力和轮重减载率超标,威胁行车安全;列车在250~350 km/h之间速度运行时,失效扣件的数量最多为1个。     

基于下承式钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的分析

采用有限元软件ANSYS建立了该桥的立体模型和双轴汽车模型,使用相关约束方程使轮子和系杆拱桥桥梁接触点位移相同,运用APDL语言编写车-桥耦合的振动计算命令流,采用瞬态动力学进行求解。分析了桥面不平顺、汽车行驶速度、汽车数量以及汽车之间间距对钢管混凝土系杆拱桥的动力响应和冲击系数的影响。结果表明:桥面粗糙程度、行车快慢、行车数目以及汽车之间的距离均会对大桥的冲击系数产生影响;桥梁最大动位移随车速的增加变化很小;随着车速的增加钢管混凝土系杆拱桥与简支梁桥冲击系数变化趋势相同。     

列车-曲线桥梁系统耦合振动分析

为进一步研究列车-曲线桥梁系统耦合振动特性,基于车辆-桥梁/轨道系统动力相互作用分析理论,采用模态叠加法建立列车-曲线桥梁系统的空间耦合振动方程.沿轨道中心线建立移动坐标系,借助坐标转换,确定列车通过曲线桥梁时的几何位置关系; 考虑列车曲线运动特点,基于赫兹弹性接触理论和卡尔克(Kalker)蠕滑理论,解决列车曲线运动时的轮轨接触耦合关系,并对广义力向量进行修正; 采用龙格库塔积分法求解列车-曲线桥梁的动力响应.依据以上理论,研究了曲率半径、曲线超高以及车速对列车-曲线桥梁耦合振动响应的影响规律.分析结果表明:桥梁和列车的振动响应随车速的增大而增大,随着曲线半径的增大而减小.桥梁的振动响应不随曲线超高的增大而变化,列车的振动响应在平衡超高和过超高时较小.     

车-桥耦合振动2020年度研究进展

车桥耦合振动的主要研究内容包括轨道不平顺作用下的车桥耦合振动及随机振动、风车桥耦合振动、地震车桥耦合振动、新型轨道车辆-轨道梁耦合振动等方面。当前,中国铁路桥梁建设面临更大跨度、高速度、高舒适度等新的挑战,在风荷载及列车荷载等外部激励作用下,车桥间相互作用越发显著。如何准确预测实际复杂风环境下车桥耦合系统动力响应及高速列车的行车走行性,并为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供技术指导,成为2020年度车桥耦合振动领域的研究热点和发展趋势。     

TMD控制下车桥动力特性研究

在考虑轨道不平顺的情况下,通过建立车-桥-TMD（Tuned Mass Damper）动力系统振动方程,研究了编组列车过桥时TMD的控制效应、列车过桥时速度对桥梁挠度的影响和TMD对乘坐舒适性的影响。作者最后给出了不同质量比下TMD控制的效果对比曲线,提出了中小跨度桥梁的建议最佳质量比。     

反曲线铁路桥梁空间车桥耦合动力分析

借助ANSYS和UM分析软件,分别建立完整的桥梁和列车三维空间模型。分析了3种车辆在不同车速条件下通过连盐铁路反曲线桥梁时的车桥耦合振动情况。通过对桥梁的纵、横向位移,加速度以及车辆加速度,Sperling舒适性指标,脱轨系数,减载率等动力性指标计算结果的分析可以得到:在CRH2和准高速列车车速小于160 km/h、C70货车车速小于80 km/h的条件下,该反曲线铁路桥梁具有较大的纵、横向刚度,满足列车运行的安全性及舒适性要求。     

多点激励作用下车-桥-地震耦合系统分析

当高速列车通过大跨度桥梁时,地震的发生将对行车安全性产生严重影响.为研究地震作用下车桥耦合系统的动力学响应,车辆子系统由刚体动力学方法模拟,桥梁子系统由一有限元法模拟,轮轨间竖、横向相互作用力分别由轮轨密贴假定和简化的Kalker蠕滑理论定义,以轨道不平顺和人工地震加速度时程作为系统激励,通过大质量法对桥梁子系统施加多...     

初始条件对列车-桥梁耦合振动的影响研究

针对列车上桥前位移、速度及加速度等初始条件对桥梁结构振动产生的影响,本文以单跨简支梁为例,采用10个自由度的列车垂向振动模型,通过Ansys和Matlab编程,从时域和频域两方面研究初始条件对列车-桥梁耦合振动的影响。研究结果表明,列车的初始条件对桥梁结构位移及速度的影响比较小,对加速度的影响非常大;列车初始条件主要对桥梁结构的高阶振型产生影响;桥梁结构加速度时程曲线的稳定速度低于位移和速度。该分析为车桥耦合振动方面的研究提供了一定参考依据。     

车轨桥振动系统垂向模型和空间模型的比较

分别建立了车辆-轨道-桥梁系统的垂向耦合振动模型和空间耦合振动模型,并通过功率普密度得到轨道高低不平顺的时域模拟样本,以其作为激励,分析两种模型下车辆-轨道-桥梁耦合振动系统的振动响应。通过对比相同轨道高低不平顺激励下垂向振动模型和空间振动模型的垂向振动响应计算结果,分析了两种模型的优缺点和适用性。     

曲线地段直线电机轮轨列车动力学响应

为研究直线电机轮轨列车行驶于曲线段线路上时,铁路线路条件对列车动力响应的影响规律,以便为修改线路设计规范提供理论依据.建立直线电机轮轨交通列车线路动力学模型,模型中直线电机所受垂向电磁力大小随列车牵引速度和电机气隙的变化而时刻改变.仿真模拟并分析垂向电磁力、车速、曲线半径、超高、轨道不平顺对系统动力响应的影响.结果表明:轨道垂向不平顺和高车速对气隙影响显著;列车通过小半径曲线段时,垂向电磁力对脱轨系数和轮重减载率的消减作用显著;脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度、车体横向位移这5类动力响应的最大值,同时受车速、曲线半径、超高影响显著.基于5类动力响应最大值的拟合公式,可对车速、曲线半径、超高取值范围进行合理匹配,并确定曲线地段的合理车辆限界.     

横风作用下公铁同层桥上汽车-列车的气动特性风洞试验研究（英文）

横风作用下桥上车辆的运行安全性和舒适性已得到越来越多的关注。准确了解桥上车辆气动特性是评估强风作用下行车安全性和舒适性的基本前提。由于公铁同层桥上汽车和列车存在显著的相互气动影响,使得车辆气动特性更为复杂。本文以集装箱卡车和CRH2高速列车为例,通过风洞试验对某大跨公铁同层桥上车辆气动特性开展研究。试验结果表明,公铁同层桥上列车与公路车辆之间的空气动力干扰随着列车(轨道上游,轨道下游)和公路车辆(迎风侧,背风侧)的位置以及轨道上放置的列车数量而变化;列车对上游的公路车辆气动力影响较小,对下游的公路车辆影响较大,且公路车辆侧力系数受列车干扰效应最为显著;桥上公路车辆仅对列车有限宽度的表面压力分布有影响,对该范围内的列车升力系数影响最大,列车的其他气动力则主要受相邻列车气动干扰的影响。     

基于傅立叶变换法的高速铁路轨道振动分析

建立轨道结构三层弹性梁模型,考虑轨道不平顺对振动响应的影响,利用傅立叶变换法求解振动位移.通过计算我国现有几种高速动车组运行时引发轨道结构的振动位移响应,得到轨道结构的振动加速度,分析了轨道不平顺及列车速度对振动幅值的影响.研究表明,较差的轨道不平顺状态及列车高速运行的组合情况下,轨道振动响应幅值将迅速增大.     

基于车桥耦合钢管混凝土拱桥车辆的冲击系数

利用ANSYS建立某下承式钢管混凝土拱桥有限元模型。编写基于三轴车辆作用下车桥耦合振动程序,数值模拟车桥相互作用响应,分析车速、路面粗糙度2个因素对主梁1/4跨及跨中处的冲击系数影响。同时使用DHDAS动态信号采集分析系统现场测试该桥,分析车辆以不同行车速度过桥时主梁跨中处的振动响应。研究表明:数值分析结果与实测结果吻合较好;车速在某一范围内车辆冲击系数要大于规范值;路面不平顺相对于行车速度对桥梁振动影响更加明显。     

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。     

钢-混组合梁桥车桥耦合竖向振动分析

针对车桥耦合作用下钢-混组合梁桥竖向振动响应及冲击效应问题,运用ANSYS软件建立有限元模型,基于分离迭代法编写车桥耦合振动求解程序,采用Newmark-β法求得不同因素下钢-混组合梁桥边跨跨中竖向位移响应并据此评价行人舒适度.结果表明：车速变化对钢-混组合梁桥竖向振动影响较小;车重对该桥型竖向振动影响比较明显;桥面不平顺是该桥型竖向振动最重要的影响因素.重车过桥时,宜将车速限值在40～60 km/h范围内,可有效减少对桥梁的冲击,同时桥面不平顺对冲击系数有明显影响,要加强桥面养护;桥面不平顺是求得的冲击系数数值解和规范限值之间产生差异的最重要影响因素.     

车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风-车-桥耦合振动、地震-车-桥耦合振动、磁浮交通车辆-轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。     

曲线桥梁车桥耦合振动数值分析方法

为研究曲线桥梁车桥耦合振动响应规律,基于模态综合法原理,建立15自由度五轴重卡车型,以50+100+50 m三跨曲线连续梁桥（R=600 m）为计算示例,建立仿真模型,获取桥梁模态信息,基于轮-桥位移几何和力学耦联关系,提出曲线桥梁车桥耦合数值分析方法,探讨了车速、路面不平度、曲率半径和车辆载重等因素对曲线桥梁动力响应的影响。结果表明：路面不平度和车辆载重是影响曲线桥梁动力响应的主要敏感因素;车速对于曲线桥梁的影响较为复杂,难以发现其规律性;曲率半径变化对桥梁扭转角的影响较大,对桥梁竖向位移影响相对较小,相关研究成果可为此类桥梁的动力安全评估提供理论参考。     

基于惯性基准法的短波不平顺影响因素研究

针对轨面短波不平顺敏感因素问题,利用多体动力学软件Universal Mechanical建立车辆-轨道耦合动力学模型,基于惯性基准法原理仿真检测轨面短波高低不平顺,分析轨道结构及其关键参数对轨面短波高低不平顺的影响.分析结果表明,柔性轨道估算不平顺大于无质量轨道,最大幅值差为0.076 mm,轨道结构振动对轨面短波高低不平顺具有一定影响,主要影响波长范围为0.15～0.46 m;扣件系统垂向刚度对短波不平顺的影响较大,幅值变化明显,波长0.15～0.33 m内轨道谱随扣件刚度的增大显著增大;短波不平顺随扣件阻尼、路基支承刚度及路基支承阻尼的增大而减小,主要影响波长范围分别为0.27～0.46、0.15～0.33及0.28～0.40 m;短波不平顺随轨枕间距的增大而略增大.研究成果可为短波不平顺的维护与控制提供理论依据,为列车运营安全提供保障.     

非线性变参数车-轨-桥耦联系统动力学建模

考虑车辆-轨道-桥梁间的非线性刚度和阻尼特性,建立系统在垂向和横向轨道不平顺条件下的动力学模型。将车辆模拟为质量-弹簧-阻尼多刚体系统,轨道和桥梁则分别为由有限个变参数弹性约束相联系的欧拉梁,利用分段线性化方法描述弹性约束的非线性刚度和阻尼特性,数值求解系统的动力学响应。研究表明:系统间的非线性变参数约束对改善结构的动力性能有着重要的影响,特别是对于拉压不对称的非线性约束情形,系统则表现出良好的综合动力性能。