重载铁路桥墩基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应影响

为分析基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应的影响规律,基于货物列车-轨道-桥梁系统（简称“FTTB系统”）空间振动计算模型,采用等效刚度模拟基础冲刷,建立基础冲刷条件下的FTTB系统空间振动计算模型;根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m法,计算不同冲刷深度下的等效刚度并编制计算软件;将等效刚度输入模型,计算并分析不同车速下基础冲刷对FTTB系统动力响应影响。研究结果表明：冲刷对基础横向等效刚度的影响大于竖向刚度;车速≥70 km/h且冲刷外露至桩基时轮重减载幅度增大,建议适当减速;桩基外露2 m时对梁体跨中横向振幅及墩顶横向振幅影响显著,建议对桥墩基础进行加固。上述结论可为重载铁路桥墩基础的养护维修提供参考。     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

洪水冲刷对重载铁路桥梁动力性能影响及加固技术

洪水冲刷可导致桥墩基础周围土体受到破坏,轻则降低基础承载能力和动力性能,重则导致桥梁垮塌事故发生,洪水冲桥墩问题直接影响铁路运营安全,冲刷是引起桥梁墩台失稳破坏的主要因素之一。以某重载铁路为工程背景,针对洪水冲刷作用下的浅埋式桩基础桥梁,开展冲刷对桥梁的动力性能影响规律和加固技术研究。结果表明:洪水冲刷引起桩基础出现不同程度外露,进而导致桥墩及主梁动力响应增大,随冲刷深度增加,桥墩墩顶横向振幅和桥跨跨中横向振幅等参数逐渐增大,而桥墩自振频率逐渐降低;桥墩振动增大直接导致主梁振动加剧,墩顶横向振幅及梁跨跨中横向振幅等多项动力性能参数与基础冲刷深度和列车速度均成正比;针对冲刷病害,提出了基于提高基础稳定性和整体加固目标的"增补桩基法+增大基础法"并完成实际工程应用,在加固前后进行动力性能试验,加固后桥墩及主梁横向振动明显降低,加固效果显著。     

桥墩刚度对铁路车桥系统横向振动的影响

本文以车辆及车桥系统横向动力平衡反应为基础，以列车蛇行运动为激振源，计算比较了列车在地面线路上运行以及列车通过桥地列车横向动力响应的变化，并改变桥墩刚度，计算比较了桥墩刚度变化对车侨系统横向振动的影响。     

横向撞击力对铁路桥梁及行车影响的模型实验研究

高速铁路高架桥梁很多,跨越公路的桥墩被汽车撞击所引起的振动会影响列车运行安全。本文利用车—轨—桥耦合动力试验平台,通过模型试验研究了横向撞击力对桥梁及桥上车辆运行安全的影响规律。试验过程中采集了撞击处撞击力时程、桥墩底部动应变、墩顶动位移、墩顶加速度时程,梁1/4,1/2,3/4处的横向动位移和加速度时程,以及车辆的三向车体加速度时程,计算得到桥墩自振频率等振动特性。分析了车桥系统有无撞击力作用时的动力响应,以及撞击力对桥梁及桥上运行车辆的影响规律。结果表明,横向撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对车辆运行安全有很大的影响。最后根据撞击力时程探讨了瞬态撞击力的等效静力计算方法并验证,为工程设计提供参考。     

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

高速铁路桥墩横向刚度的初步研究

本文应用车桥耦合振动理论,对高速铁路桥墩的横向刚度进行了初步研究,通过计算和比较不同横向刚度的桥墩时车辆和桥梁的振动响应,指出了为确保高速列车运行的和平稳,桥墩必须有足够的横向刚度。     

冲刷深度对简支桥模态参数影响的模型试验

大多数的桥梁损毁是由于桥梁基础受到冲刷,使桥墩埋深减小,降低了桥墩基础的承载能力所致。对于桥梁基础冲刷深度的直接量测比较困难,而在简支桥的桥墩系统中,桥桩基础的裸露程度直接影响到桥墩系统的整体刚度,进而影响系统的模态频率。基于该测试原理,采用瞬时激励的方式,通过三跨简支桥动力模型试验,研究简支桥桩基础的冲刷深度与其动力特性,揭示简支桥中同跨下两墩不均匀冲刷时简支桥振动特性的变化规律。试验研究表明,易受冲刷影响的是扭转弯曲模态和侧向弯曲模态,这两个模态频率值随着冲刷深度的增加而逐渐减小,且侧向弯曲模态(低频模态)频率值降低相对较快,扭转弯曲模态(高频模态)频率值降低相对较慢;当简支桥同跨下两墩受到不同程度冲刷时,桥墩冲刷程度可以采用峰值频率的幅值变化进行判断,越靠近冲刷程度更严重的桥墩测点,测得的模态频率值相同,但是频率值对应的幅值却有着明显差别,可以作为判断桥墩冲刷程度的重要依据。     

侧向过岔时列车-道岔-连续刚构桥空间振动分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立了钢轨-岔枕-桥梁弹簧-阻尼空间振动模型.运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立了列车-道岔-桥梁空间振动方程组.以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由两组38号道岔组成的单渡线.计算了"中华之星"电动车组,按一动四拖的编组方式,以140 km/h的速度侧向通过时,列车-道岔-桥梁空间振动的动力响应.分析了侧向过岔时,列车运行速度、轨下横向刚度、枕下横向均布刚度、桥墩高度对列车-道岔-桥梁系统振动的影响.结果表明:桥梁导致钢轨和岔枕的位移增幅较大,车体振动加速度有所增加,道岔振动加速度、轮轨力变化很小;系统横向振动响应随列车速度增大、轨下横向刚度减小、枕下横向均布刚度减小、桥墩高度增大而增加.     

船舶撞击作用下车桥系统动力响应及高速列车运行安全分析

将船舶撞击力时程作为系统的外部激励,建立了撞击荷载作用下的车桥系统动力分析模型。以一座 (32+48+32) m双线预应力混凝土连续梁桥和国产CRH2高速列车为例,模拟船舶撞击力作用于桥墩时列车过桥的全过程,分析了桥梁和车辆的动力响应。结果表明：船舶撞击作用大幅度增大了桥梁的横向位移和加速度响应,显著影响了桥上高速列车的运行安全。探讨了船舶撞击荷载作用下的桥上高速列车走行安全评价方法,综合分析了列车速度和荷载撞击强度对列车运行安全的影响,在此基础上给出了列车速度－撞击力强度安全阈值曲线。     

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

车辆激励下大跨径桥梁人非系统振动特性

为研究城市桥梁车致振动引起的下挂人非系统振动响应。基于车桥耦合振动理论,提出了车辆荷载激励下的人非系统的振动响应分析方法,并以某大跨矮塔斜拉桥为例进行了不同车速及路面粗糙度下的最大加速度响应参数敏感性分析,提出了人非系统振动响应的控制措施。研究表明:同一车速和路面粗糙度条件下,人非系统存在明显的局部振动放大效应,其最大加速度响应远大于主梁最大加速度响应,且加速度响应随路面粗糙度的增加而增加,但最大加速度与车速之间不存在明显关系;通过增大挑梁刚度、桥面板刚度和人非系统整体刚度,都能有效控制主跨处人非系统的局部振动,但单独增大桥面板刚度难以起到控制边跨局部振动的作用;进一步通过频域分析发现由中跨到边跨,人非系统的车致振动响应呈现逐渐受高阶振型控制的趋势。     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

地震作用下软土中桩承桥墩系统响应特性分析

以软黏土中桩承桥墩系统为研究对象,分别采用等效理想弹塑性模型和双曲线型滞回本构模型来描述桩承桥墩系统和软土的动力响应行为,系统探究了地震动强度（基岩峰值加速度或基岩峰值速度）、桩身抗弯刚度和桥跨结构质量等因素对不同位置处加速度放大系数及桩基-桥墩系统最大弯矩系数的影响规律。研究发现：当基岩峰值加速度小于0.15g时,软土对地震波的放大效应较为强烈,而当基岩峰值加速度大于0.2g时,软土的阻尼耗能减弱了地震波的震动强度;桥跨结构质量的增加会显著降低桥墩顶部加速度放大系数;由于软土动力特性的非线性和软土-桩基之间相互作用关系的复杂性,桥墩和桩基最大弯矩系数与基岩峰值速度有着强烈的非线性特征,当基岩峰值速度大于0.2 m/s时,桩基-桥墩系统基本进入塑性变形阶段;桩身抗弯刚度和桥跨结构质量分别对桩基和桥墩最大弯矩响应的影响更大,表明桩基和桥墩地震响应分别取决于地震过程中软土的动力作用和上部结构的惯性力作用。     

高速铁路铰接式列车车桥系统动力响应分析

根据铰接式车辆结构和悬挂形式的特点,建立了铰接车辆单元模型,以现有通用软件为基础直接生成桥梁模型的质量、刚度矩阵,并以实测轨道不平顺为系统激励,求解车桥耦合动力相互作用问题;以欧洲布鲁塞尔-巴黎高速铁路线上的Thalys铰接式列车通过Antoing桥为例,分析了桥梁的动挠度、竖向和横向加速度等动力响应及运行车辆的振动加速度响应,并对铰接式列车的振动特性进行了初步的探讨;最后通过现场试验对分析模型和计算结果进行了验证。     

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。     

混凝土连续曲线箱梁桥在多车荷载作用下的冲击效应分析

针对多跨连续曲线梁的车桥耦合振动问题,分别采用三梁式模型和12自由度的车辆模型对桥梁和车辆进行模拟,通过快速傅立叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑桥梁结构阻尼的影响,采用基于ANSYS的分离迭代算法研究了多个车辆荷载共同作用下连续曲线箱梁桥不同控制截面位置的内力和挠度响应的主要差异及其随车速的变化规律。研究表明：横向加载车道数对支点扭矩、跨中扭矩、支点弯矩和墩顶截面弯矩的最大动力放大系数有很大影响, 而对主梁的竖向挠度和墩柱的轴力最大动力放大系数影响很小;纵向加载车辆数对桥梁的冲击效应有很大影响;桥梁的动力放大系数随车头间距增大显著提高而最大效应则大大减小。研究结果可为多跨连续曲线箱梁桥的设计提供参考。     

环境敏感区桥上有砟轨道铺设道砟垫的减振效果

为了给环境敏感区桥梁地段有砟轨道的减振设计提供理论依据,采用有限元方法建立了车辆—有砟轨道—桥梁空间耦合动力学模型。基于所建立的动力学模型,计算分析了铺设道砟垫对轨道结构和桥梁动力响应时频特性的影响,并对道砟垫的合理刚度进行探讨。计算结果表明:桥上有砟轨道采用道砟垫的减振效果明显,桥梁结构的动力响应显著减小,其中桥墩振动减小3~9 d B;铺设道砟垫不会加剧轮轨动力作用和影响行车安全,而且还有利于降低轨道结构的振动,其中以道床的振动减小最为显著;从保证减振效果、控制道床加速度以及道砟垫压缩量等角度综合考虑,建议道砟垫的合理面刚度取值为100~150 MPa/m。     

地震诱发沙土液化对高速铁路车桥系统动力响应的影响分析

为研究地震诱发沙土液化对高速铁路车桥系统动力响应的影响,以某(88+168+88)m预应力混凝土连续刚构桥为例,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过“m法”考虑桩土相互作用,同时引入液化土力学指标折减系数Ψ模拟砂土液化,建立了带有群桩基础的全桥有限元模型。在此基础上,基于TTBSAS程序系统研究了液化深度和液化程度对车桥系统动力响应的影响并分析了桥上列车的行车安全性。结果表明：桥梁横向位移随液化深度的增加会显著增大,而横向加速度的变化规律还与列车车速有关;行车安全性指标随液化深度的增加均增大,但增幅小于桥梁位移,且液化深度对桥上列车行车安全性的影响会随车速的增大逐渐减弱;液化程度对车桥系统动力响应的影响与液化深度基本一致;不考虑场地沙土液化会高估列车过桥的行车安全性,其中：对于脱轨系数指标,考虑与不考虑沙土液化时的安全车速阈值分别为275 km/h和300 km/h,对于轮对横向水平力指标,分别为200 km/h和225 km/h。研究成果可为液化场地高速铁路桥梁的行车安全评价提供参考。