铁路简支梁桥动力响应数值分析与实测验证

以某铁路简支梁桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS实现了列车荷载作用下简支梁桥自振特性分析与动力响应计算,并利用现场实测加速度响应对有限元计算结果进行了验证。基于验证后的有限元模型,研究了跨径、车速及车重等关键因素对铁路简支梁桥动力响应的影响,采用移动荷载模型分析该简支梁桥在列车荷载作用下的动力响应。结果表明:简支梁桥自振频率及加速度特征值与有限元计算值总体上吻合较好,但由于现场实测存在多种环境因素干扰,局部对比结果存在差异;有限元计算的加速度平均值大于现场实测值,但幅值相差不大且都呈周期性变化;桥梁1阶及3阶自振频率的实测值与有限元计算值较为接近;跨径、车速及车重等关键因素均对桥梁动力响应产生一定影响,随着列车车速的提高,简支梁桥动力响应明显增加,列车驶离桥梁后,桥梁自由振动的振幅随车速的提高显著增大;简支梁桥跨径与车重均对跨中截面挠度影响显著,在设计过程中应予以重视;所得结论可为铁路桥梁的动力性能评价提供参考。     

货运铁路扩能运输对桥梁动力性能的影响

随着铁路扩能运输的快速推进,列车编组增加、车辆轴重增大、运营密度提高,使得铁路桥梁承受的荷载与疲劳效应显著增加。为了分析重载运输对朔黄铁路桥梁运营性能的影响,文章通过对朔黄铁路7座桥梁进行运营性能相关试验,分析运营荷载作用下结构的动力系数、梁跨跨中振幅、横向加速度和梁跨自振频率等动态性能指标以及试验梁跨两端桥墩的墩顶振幅等参数变化规律,结合梁跨横向刚度等运营性能指标,分析不同车辆类型对桥梁结构动力性能的影响,为管理部门系统掌握该桥的技术状态、制定运行方案和养护维修提供技术依据。     

基于实测车流的大跨度悬索桥振动响应研究

以江阴长江公路大桥为工程背景,对大桥收费站实测交通流数据进行统计,建立典型车辆的等效荷载模型,模拟具有实际车流特性的6车道随机交通流。基于数值仿真技术编制程序,并考虑车-桥耦合效应,应用所模拟的6车道交通流和大桥有限元模型,计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的振动响应以及动力放大系数。通过对位移和内力的变化规律分析,研究实测车流作用下大跨度悬索桥的振动响应特征。研究结果表明:不同地区典型车辆荷载存在一定差异;车流作用下大桥主梁1/4跨位置位移振动响应最大,而内力振动响应极值出现在大桥跨中位置;位移动力放大系数与现行规范规定符合程度较高;考虑车-桥耦合效应的内力动力放大系数与规范相比偏差较大,内力动力放大系数对局部范围内的车辆振动更加敏感。     

基于动态影响线对铁路桥梁的动力响应研究

将梁的动态影响线应用到铁路桥梁的动力响应的研究。分别研究了列车恒速时不同级别的轨道不平顺时域谱对铁路桥梁的动力响应和恒定轨道不平顺时域谱时不同列车速度对铁路桥梁的动力响应,并获得了简支铁路桥梁跨中的各项动力响应准确性值域,并分析了动态影响线的随机性和列车速度及轨道不平顺时域谱对桥梁动力响应的影响。     

近断层地震对跨海双弧形桥塔斜拉桥动力响应研究

为探究具有双弧形桥塔的跨海斜拉桥脉冲与非脉冲地震动力响应,首先基于Midas/Civil 2019建立了拉索几何非线性的三维空间有限元模型,并分析了结构自振特性;其次,结合桥址处的地震烈度选取了一定数量的脉冲与非脉冲地震动,作为地震响应分析的激励源;最后探究了脉冲与非脉冲地震作用下的结构内力、关键位置位移、拉索应力和应力幅等问题。研究结果表明：脉冲地震作用下的主梁弯矩、桥塔弯矩及剪力均要大于非脉冲地震下的响应值,且在纵向+竖向地震激励下,主梁弯矩和剪力仅有1个峰值,但在横向+竖向地震激励下有2个峰值;脉冲地震作用下的位移响应均要大于非脉冲地震作用下的位移响应,其中跨中主梁处的横向位置位移响应最大,最大值为176.8 mm;从地震激励方面看,纵向地震下的纵向位移要大于横向位移,而横向地震下的横向位移要大于纵向位移;脉冲地震作用下的拉索应力最大值为175 MPa,应力波动幅度达到100 MPa。     

损伤对预应力混凝土连续梁桥动力性能的影响分析

本文针对连续T梁和小箱梁桥在日常检测过程中发现的可导致主梁刚度下降的一些病害,以桥面宽度、单孔跨径相同的连续T梁和连续小箱梁桥为例,采用Midas civil建立桥梁的有限元分析模型,探讨了桥梁截面形式、桥梁跨数、不同损伤位置对桥梁振动频率的影响,并以三孔的连续T梁桥、小箱梁桥为例,探究移动荷载作用下局部损伤对桥梁动力响应的影响。结果表明：桥梁不同位置损伤对全桥振动频率影响不同,其中以跨中位置损伤影响最大,但小箱梁桥动力特性受损伤影响较T梁桥小;同时桥梁跨中位置损伤对中跨跨中动挠度影响最大,支座及L/4处主梁损伤对中跨跨中动挠度影响较小。     

桥墩裂纹对铁路桥梁结构振动及行车性能影响分析

建立了某铁路桥梁桥墩开裂前后的有限元模型,并通过车-桥耦合振动分析对桥梁的结构动力响应以及行车安全性进行了研究。计算结果表明,桥梁墩顶横向抗推度减少约15%,桥梁横向、纵向自振频率降幅在3%以内。C62列车和准高速列车过桥时,桥墩墩顶横向振幅增加约10%,最大振幅远小于规范要求的通常值;列车的脱轨系数及减载率在桥墩开裂前后变化不大,也满足规范的安全性要求。建议仅对桥墩进行裂缝封闭处理,无需进一步加固桥墩刚度或限制列车车速。     

跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动研究

基于大系统的思想,建立车-桥-风浪流耦合动力系统,包括车辆子系统、桥梁子系统和风浪流耦合场子系统。根据各子系统之间的相互作用力以及车辆子系统与桥梁子系统之间的位移协调关系,建立车-桥-风浪流耦合动力系统的运动方程,并基于分离迭代法提出了车-桥-风浪流耦合动力系统动态响应的求解流程,从而建立跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合动力系统的振动分析方法。以某跨海公铁两用斜拉桥方案为对象进行研究,结果表明：风浪流耦合场同时激励车辆和桥梁的主梁、桥塔及水中基础,与风场单独作用相比,风浪流耦合场能够激发桥梁产生更大幅度的横向和扭转振动,恶化列车运行安全性指标,桥梁主梁在主跨跨中处的横向位移、横向加速度、扭转位移、扭转加速度的均方根分别增大0.8%、23.1%、4.9%和0.5%,在边塔处的相应均方根分别增大204.9%、167.0%、198.7%和314.7%;列车车体加速度、轮轨横向力和轮重减载率分别增大60.9%、7.2%和6.6%。因此,对于跨海公铁两用桥梁,需合理考虑风浪流耦合作用,仅考虑风场单独作用将高估桥梁结构和列车行车的安全性。     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。     

钢桁梁桥的横向振动激振源的数字模拟

以南京长江大桥为背景,分析了结构的自振特性值,在统计数据的基础上,拟合出不同车速下的数条横向振动波,将此激励施加在桥梁上,得出桥梁在激励作用下的位移时程响应。