设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。     

悬挂式单轨车辆走行轮失效对曲线通过及运行平稳性影响的仿真分析

悬挂式单轨车辆走行轮在车辆运行中起到承载和传力的重要作用,其走行轮失效对悬挂式单轨车辆运行性能有重大影响。通过多刚体动力学理论建立悬挂式单轨车轨耦合动力学模型,仿真分析了不同工况下走行轮失效对单轨车辆曲线通过及运行平稳性的影响。仿真结果表明:空载状态下走行轮失效的悬挂式单轨车辆在曲线半径100 m的线路上限速为35 km/h,而满载状态下走行轮失效的车辆一直处于不安全状态,需要尽快行驶到就近站点疏散乘客;同侧走行轮失效对单轨车辆的影响趋势基本一致;在相同行车速度下,走行轮失效时竖向平稳性指标出现了部分数值超过3.0的情况,说明走行轮失效时车辆的运行平稳性会变差。仿真研究结果可为走行轮失效的悬挂式单轨车辆运行提供参考。     

桥上轨道折角引起的车桥系统振动分析

以轨道折角不平顺作为激振源，进行了车辆过桥的桥梁动力响应计算分析和轨道折角对车辆走行性影响的试验研究。结果表明，在考虑轨道折角不平顺时，桥梁结构的动位移对桥梁跨度的增加、车辆加速度及折角的变化均较为敏感；车辆运行速度的增加，使桥梁动位移和车辆加速度均有所增大，而轮轨力无明显变化；在相同轨道折角的情况下，空车比重车易产生较大的振动加速度。     

高速铁路大跨度钢桥梁端伸缩装置设计研究

高速铁路大跨度钢桥的梁端纵向伸缩量大且变位复杂,需设置钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置。为保证梁端区域行车安全平稳,开展了梁端伸缩装置总体方案和结构构造设计研究,提出了基于性能的梁-轨一体化伸缩装置设计方法,对梁端伸缩装置各项性能进行了分析验证。研究结果表明:在梁端设计总伸缩量±900 mm及以下范围,下承式和上承式梁端伸缩装置均能满足结构整体刚度要求,上承式梁端伸缩装置因支承梁高度受限,需增大支承梁截面宽度,同时增加支承梁数量;下承式梁端伸缩装置设计应考虑与钢轨伸缩调节器的协同,伸缩区扣件建议选择纵向阻力较小且相对稳定的轨撑式扣件;以甬舟铁路西堠门大桥为例,基于弦测法和车桥耦合振动分析结果表明,±900 mm上承式梁端伸缩装置可以满足梁端行车安全和平稳的性能要求。     

卸索期间列车—斜拉桥耦合动力响应分析

以沪昆高速铁路长沙段三跨(112+80+32)m独塔斜拉桥为研究对象,利用自主研发的车桥耦合振动分析软件TRBF-DYNA开展斜拉桥维修卸索施工期间的桥梁动力响应及列车走行性分析。采用多刚体动力学方法建立31个自由度的车辆模型,采用有限元方法建立轨道—斜拉桥模型,轮轨间竖向采用Hertz非线性接触模拟,横向采用蠕滑理论模拟。分析结果表明:卸索对桥梁刚度的影响不大,对桥梁自振频率的影响在5%以内;卸索期间车致桥梁振动响应略有增加,其中桥面主跨竖向振动位移最大增加了10.8%,但其他参数增幅较小;桥塔以纵向振动为主,不同卸索工况对桥塔纵向振动影响显著;各卸索工况主要影响车辆竖向加速度,对列车其他运行安全性指标影响较小;在卸索期间,列车的行车安全性和平稳性指标均满足规范要求。     

铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点探讨

铁路桥梁梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要部件,为实现轨道的连续性和平顺性,需要具备滑动和支撑功能。对国内各种铁路桥梁梁端伸缩装置的结构特点、工作原理以及各自优缺点进行分析对比,目的在于分析出国内自主研发的梁端伸缩装置需要改进的思路和方向。我国要实现铁路桥梁梁端伸缩装置完全自主化,需要吸收国外先进的技术和经验,同时提升自身的制造精度和水平。     

铁路客车乘坐舒适性评价研究

我国铁路客车舒适度评价主要依据地板振动响应计算的平稳性指标,是车辆运行品质的客观评判,忽略了人体的振动响应,对乘客振动的主观感受考虑较少.为了精确分析铁路客车乘客的坐姿振动状态,利用虚拟样机技术,基于柔性车体和乘客的7自由度人体力学模型,搭建贴合实际的线路-车辆-乘客振动模拟环境.以德国低干谱激励为例,仿真获取地板及人...     

铁路桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道振动响应及车辆平稳性分析

为了研究桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道对车体系统和轨道系统振动影响,分析车辆的平稳性指标,基于车辆、轨道系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆、轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道-桥梁耦合模型;计算车辆及轨道系统的振动加速度并分析其规律,计算不同轨道系统下车辆的平顺性指标。研究结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道相比,采用橡胶减振垫刚度为0.018 N/m3的减振轨道系统下峰值轮轨力减小,车轮、转向架振动加速度分别降低13.6%和52.6%,车体在1～20Hz范围内振动变化不大;钢轨、轨道板的振动加速度增大1.69和2.68倍,桥梁的振动加速度减少69.9%;车辆的平顺性指标分别为2.70和2.61,车辆平稳性指标降低4%。与常规CRTS-Ⅲ型无砟轨道相比,减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道下车辆系统各构件的振动加速度有不同程度的降低,轨道系统中,钢轨和轨道的振动加速度增大,桥梁振动加速度降低。车辆的平稳性指标降低,乘客的舒适性有一定程度提高。     

大跨度钢桥梁端无砟轨道结构受力计算分析研究

大跨度钢梁梁端存在较大伸缩位移、梁端转角时,梁端轨道结构设计采用过渡板式梁端伸缩装置,通过设置过渡板,减小桥梁转角对无砟轨道的影响,设置梁端抬轨装置适应桥梁梁端伸缩位移。结合铜陵江特大桥铺设无砟轨道情况,进行梁端无砟轨道结构受力分析,研究了桥梁变形对无砟轨道受力影响,确定了梁端设置过渡板的必要性。     

桥上无砟轨道竖向动力特性分析

根据桥上CRTSⅡ型轨道结构形式,考虑高速列车与无砟轨道、桥梁之间的相互作用,建立基于新型车辆单元和无砟轨道-桥梁单元的车辆-无砟轨道-桥梁纵垂向耦合振动模型。运用有限元方法和Lagrange方程,分别推导车辆单元、无砟轨道-桥梁单元的刚度、质量和阻尼矩阵,建立有限元数值方程。考虑轨道平顺和轨道不平顺两种工况,求解有限元数值方程,分析梁端和跨中动力特性。计算结果表明,该模型及程序能够反映轨道结构的竖向振动响应。施加轨道不平顺,轮轨作用力增大了50%左右,梁端处钢轨的竖向加速度增加了6.5倍左右,跨中处从10 m/s~2增加到30 m/s~2。每种工况下,梁端和跨中处轨道结构的竖向位移、竖向加速度分别逐渐减小,梁端处轨道结构的振动及其位移变化都比跨中处大。     

采用槽形梁桥面的大跨度钢桁拱桥车桥动力分析

槽形梁道碴桥面是适用于钢桥的一种桥面新形式,为研究该种桥面的钢桥动力性能,以某大跨度钢桁拱桥为研究对象,将列车、桥梁视为联合动力体系,建立了列车与大跨度钢桁拱桥的车桥耦合动力分析模型.在建立桥梁的有限元分析模型时,对该桥所采用的槽形梁形式桥面选用了梁格法来建模.计算桥梁的自振特性;采用计算机模拟方法,计算了ICE高速列...     

大跨度连续梁拱组合桥梁轨互制特征

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁轨相互作用特征,以梅汕线上某(34+160+34)m刚架系杆拱钢箱连续梁组合桥为背景,采用理想弹塑性模型模拟线路纵向阻力,建立"轨-拱-梁-墩"一体化空间模型,对钢轨纵向力的分布规律进行分析,对是否考虑轨道作用下的主梁应力、梁端转角、墩底纵向反力进行比较。结果表明:连续梁拱组合桥远离固定支座的梁端处钢轨纵向力较大,其中最大伸缩应力达到114.0 MPa,在不设钢轨伸缩调节器时钢轨强度仍满足要求;轨道结构对温度荷载和制动力作用下的主梁应力影响较大;轨道结构对梁端转角及墩底纵向反力的分配亦有较大影响。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

长联大跨桥梁无缝线路力学特性与结构设计

随着桥梁跨度、联长的不断增加,复杂的梁轨相互作用给桥上无缝线路设计带来了巨大挑战。本文在总结桥上无缝线路计算理论和求解模型的基础上,以某长联大跨桥上无缝线路为例,对其力学特性和结构设计进行了系统研究。研究表明:(1)长联大跨桥上无缝线路纵向附加力较大,钢轨强度往往难以满足规范要求;(2)梁端设置伸缩调节器,可有效减小梁轨相互作用,放散钢轨纵向力;(3)梁端设置抬枕装置可有效缓解梁缝增大导致的轨道刚度不均匀问题,需与伸缩调节器配套使用;(4)长联大跨桥上轨道设置健康监测系统十分必要。     

大跨度铁路桥梁刚度统一描述方法探讨

研究目的:本文在已建成的桥梁基础上,进一步开展了大跨度铁路桥梁刚度描述方法和预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度的限值研究,以提出一种大跨度铁路桥梁刚度问题的统一描述方法。研究结论:采用设计荷载下的梁端横向、竖向、扭转角及非梁端处横向、竖向、扭转角的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,推导了大跨度铁路预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度设计参考限值。该方法不但能方便地描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且在描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁、特殊桥梁结构刚度问题时也非常方便。研究方法和研究成果有利于提高桥梁刚度研究和设计水平,为发展更大跨度桥梁提供技术支撑。     

钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响研究

为研究地铁大跨度连续钢桁桥上铺设减振垫无砟轨道时钢轨伸缩调节器的适用性,并对列车运行安全性进行评估,建立地铁列车-轨道-钢桥耦合动力学模型,对列车以不同速度通过桥梁时,设置钢轨伸缩调节器与不设置钢轨伸缩调节器两种工况对车体加速度以及不同激励条件下的轮轨垂向力等指标进行分析;提取钢轨伸缩调节器处结构的动力响应值对梁端结构动力响应进行研究,并对结构动力响应随速度的变化规律进行探索。结果表明,钢轨伸缩调节器对地铁钢桥动力效应影响较小,建议在地铁钢桥的适当区域应该进行钢轨伸缩调节器设置,以减缓无缝线路不良影响。     

铁路桥梁刚度描述方法

针对我国新建桥梁跨度和结构形式远远超出现有桥梁设计规范的适用条件,以及国内外桥梁刚度指标和取值存在较大差异,进行铁路桥梁刚度描述方法和预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度的限值研究。提出一种铁路桥梁刚度的统一描述方法,即采用设计荷载下的梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角及非梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角沿桥纵向的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,并推导出大跨度铁路预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度设计参考限值。该方法不仅能方便描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且能描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁和特殊桥梁结构的刚度问题。通过代表性桥梁的车桥系统动力响应计算分析,证明了统一描述方法的可行性和较好的统一性。     

基于地基雷达的高铁简支箱梁运营性能检定

针对高铁桥梁运营性能参数传统测试方法存在的数据采集设备安装困难、数据传输不稳定、工作效率低等问题,运用地基雷达非接触、高精度、高频率测量技术,对京沪高铁31.5m预应力混凝土双线简支箱梁进行运营性能检定。结果表明:在动车组时速为300km以上、载客运行状态下,检测得到该桥梁体的自振频率为6.823Hz,挠跨比为1/7 150~1/9 450,梁端转角为0.33‰~0.43‰;单线运行条件下梁体竖向振幅为0.13mm,横向振幅为0.07mm;实测动力系数小于运营动力系数;基于地基雷达的检定结果与传统方法检定结果相吻合;简支箱梁的运行性能参数与相关规范规定的通常值相接近;采用地基雷达能够方便、快速、高效地检定出高铁桥梁的梁体自振频率、梁体跨中挠度、梁端转角、运营动力系数、跨中竖向振幅和横向振幅,为我国高铁简支箱梁运营性能检定提供了新的方法。     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。