基于弦测法的上承式拱桥长波不平顺限值研究

研究目的:温度和收缩徐变引起的拱桥桥面竖向变形导致长波不平顺,对车辆运行走行性产生影响。本文以某上承式铁路拱桥为研究对象,运用MIDAS/Civil软件计算得到桥面温度变形和收缩徐变变形,采用有限元软件MSC. PATRAN和多体动力学软件ADAMS/RAIL联合仿真技术,开展车桥系统耦合振动分析,研究桥面变形(温度和收缩徐变作用)产生的长波不平顺对列车动力响应的影响,并采用40 m弦分别对桥面变形和等效不平顺限值进行分析。研究结论:(1)收缩徐变倍数为1. 6时,CRH3以350 km/h速度通过大跨拱桥时,车辆竖向加速度指标接近限值1. 30 m/s~2;(2)当收缩徐变倍数为1. 6时,CRH2以各计算车速通过桥梁时,动力响应指标均满足要求;(3)基于40 m弦的桥面变形的弦测矢量限值可采用5. 5 mm;(4)本研究成果可为同类桥梁的限值要求提供参考。     

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明：横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s²;采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。     

基于大跨度桥梁变形的桥上车体振动加速度简化分析方法

在分析桥梁变形与轨道变形的映射关系基础上，从轨道平顺性与车体振动加速度的相关关系出发，确定高速铁路轨道长波不平顺采用60 m中点弦测值评价且有效管理截止波长为200 m，通过实测数据的统计分析建立轨道不平顺60 m中点弦测值与车体振动加速度的关系式，据此提出在荷载组合作用下高速铁路大跨度桥梁上车体振动加速度简化分析方法。分析荷载组合下大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度时，对于设计阶段，将荷载组合下的桥梁理论变形曲线经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值；对于建成阶段，将桥上实测轨道不平顺消除轨道自身随机不平顺后的轨道线形作为桥梁变形曲线，再经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值，并代入其与车体振动加速度的关系式，得到桥梁变形引起的车体振动加速度。以某长江大桥为例对该方法进行验证。结果表明：采用该方法和车辆-轨道耦合分析方法得到的大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度分别为0.39和0.35 m·s^-2，基本一致，验证了该方法在大跨度桥梁上的适用性，以及对大跨度桥梁长波不平顺进行200 m高通滤波的必要性与合理性。     

大跨度铁路桥梁变形控制标准研究

为保证大跨度桥梁运行的安全性与旅客乘坐的舒适性，动力性能分析时应考虑风、温度、徐变、沉降等环境变形的影响。确定运营阶段多种荷载组合状态下的变形控制标准时，不能将现行设计规范中单独给定的变形限值直接叠加，而应对这些变形的总量值进行控制。本文按照发生概率、作用时间以及桥梁变形特点，对运营阶段桥梁承受的荷载及各类环境因素进行分组，并采用分级管理的原则对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的变形控制标准进行研究。最后以某大跨度斜拉悬吊桥梁为例，介绍动力性能评估与变形控制标准的工程应用。研究结果表明：对于不同荷载作用下的车辆响应，可分别采用车桥耦合动力分析与中点弦测法；采用中点弦测法对长波不平顺进行管理时，高速铁路与普速铁路的合理控制弦长分别为60、30 m;经过对多个典型路基区段轨道不平顺和车体加速度检测数据统计，并对轨道不平顺采用对应的弦长输出，可得到车体加速度与不平顺弦测输出的相关关系曲线，为动力性能评估提供一种简便的计算方法。研究成果给出不同的荷载组合及车辆响应建议限值，为设计阶段桥梁变形控制提供参考。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。     

大跨度铁路桥梁变形弦测法评价的频域理论

为保障行车舒适性，需严格控制大跨度铁路桥梁的变形。从车辆加速度频响函数与弦测法频响函数相似性出发，提出桥上轨道线形评价的最优弦长选定原则，为大跨桥梁变形控制的弦测法提供理论依据。根据随机振动理论，推导弦测法矢度峰值与车辆加速度峰值之比(峰值比)的理论公式；然后，分析弦测法矢度与车辆加速度时程样本间的波形相似性，以及峰值比对轨道不平顺波长范围和功率谱函数的敏感性；最后，采用一座大跨度斜拉桥上的轨道线形实测数据检验峰值比的理论解。结果表明，最优弦长的弦测法矢度与车辆加速度波形相似性最高；二者峰值比对轨道不平顺的波长范围和功率谱函数都不敏感；以文中车速250 km/h的高速车辆为例，推荐以40 m作为最优弦长，弦测矢度和车辆加速度的峰值比平均值为11 mm·s²/m。     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

市域铁路大跨度桥无砟轨道 竖向变形控制

为解决在市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道的难题,以温州市域铁路 S3 线永宁大桥(140+200+260+140) m 为例,提出了市域铁路大跨度桥梁铺设无砟轨道竖向变形控制标准,建立了车-轨-桥耦合系统动力仿真模型, 并开展多种工况下桥梁、轨道动力响应分析。结果表明：桥梁挠跨比、竖向变形曲率半径、梁端转角、轨面平顺 性等指标均满足铺设无砟轨道技术要求;列车按设计速度通过永宁大桥时行车安全性和舒适性指标均满足要求; 对温度荷载作用下桥梁温度变形曲线进行评估,10 m 弦轨道高低不平顺满足规范要求。研究成果可为市域铁路大 跨度桥梁铺设无砟轨道提供参考。     

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。     

云桂铁路南盘江上承式铁路拱桥动力分析与验证

云桂铁路南盘江大桥为上承式混凝土拱桥,大桥建成后,相关单位利用动态检测方法获取了23t轴重货物列车和CRH2列车以不同速度通过该桥时桥梁结构的多项动力响应,并分析评价了桥梁的动力性能。为探究动力仿真分析方法的模拟效果,以南盘江大桥为背景,采用MSC系列软件建立列车-轨道-桥梁动力学仿真模型,分别用美国五级谱和德国低干扰谱作为货车和动车组的轨道不平顺激励,模拟列车过桥的全过程,获得桥梁结构的动力响应规律,并将仿真分析结果与实测结果进行对比验证。对比结果表明:大桥一阶横弯与竖弯频率计算值分别为0.30 Hz和0.576 Hz,与实测的横弯频率0.33 Hz、竖弯频率0.59 Hz接近;分别采用美国五级谱和德国低干扰谱,其波长和幅值能较好地模拟货物列车和动车组通过南盘江大桥的动力响应,数值仿真计算和实车动态测试的结果接近。     

高速铁路轨道平顺性静态长弦测量矢距差法数学模型推导及特性分析

我国高速铁路采用从德国引进的矢距差法对轨道长波不平顺进行静态管理,并在实际应用中对测量方法进行了简化。本文通过理论推导,分析矢距差法及简化矢距差法的检测原理和特性。矢距差法测量结果受测弦起算点的影响,且传递函数与起算点位置及轨道不平顺波长有关;简化矢距差法测量结果只受轨道不平顺波长的影响,计算可控性优于矢距差法;当路基出现较大局部不均匀变形时,矢距差法和简化矢距差法在评判结果上相差很大,不宜用简化矢距差法;对比检测原理与实际检测结果表明,这2种方法与车体加速度响应匹配性较差,在目前的验收管理限值下并不适用于直接对运营期高速铁路长波不平顺进行评价。     

高铁常用跨度简支梁桥上轨道周期性不平顺影响分析

通过对桥梁徐变上拱设计和相应规定、轨道不平顺检测方法、实测资料以及线路规范的对比和理论计算,进行高铁常用跨度预应力混凝土简支梁桥上轨道产生波长为32 m的轻微周期性不平顺现象研究。结果表明:线路、桥梁规范中线路高低Ⅰ级管理值、梁跨竖向残余变形的规定是一致的;轨面不平顺静、动态检测结果不可以用来直接对比;京沪高铁桥上轨道周期不平顺的桥跨长度占比随着时间发展逐渐增大,开通4年后占比持平至约66%,桥上轨道周期性不平顺峰值均值、标准差及变异系数分别约为2.28 mm,0.57 mm和0.25;开通5年后98.4%,99.9%和100%的桥上轨道周期性高低不平顺峰值分别小于5,6和7 mm;当连续多跨简支梁徐变值均大于3 mm时,线路TQI高低已超过规范管理限值,建议通过轨面设置反预拱度,避免由梁体徐变带来的大面积轨道精调作业。     

无砟轨道桥梁桥面板ZK活载计算图示分析

为准确模拟高速铁路桥上无砟轨道结构传递ZK活载至桥面板上的荷载分布效应,采用Abaqus软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道精细化数值分析模型,通过对底座板底面垂向应力等值线分布进行分析,开展高速铁路桥梁桥面板ZK活载计算图示的研究。研究表明,进行桥梁结构横向荷载计算或桥面板、桥面铺装等桥梁结构局部精细化受力分析时,在单轴ZK特种荷载作用下,荷载传递至桥面的计算图示可简化为顺桥向长2.0 m、横桥向宽0.7 m的矩形面荷载,均布面荷载值为90.80 kPa;在四轴ZK特种活载作用下,计算图示可简化为横桥向分布宽度为0.76 m的条状面荷载,均布面荷载值为109.20 kPa。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

我国高速铁路桥梁技术的发展与实践

我国高速铁路的快速发展推动了高速铁路桥梁技术的飞速提升。本文从常用跨度简支箱梁建设、大跨度混凝土桥徐变控制及极限跨度、混凝土梁拱组合结构、大跨度桥无砟轨道技术、大跨度钢桥及拱桥技术、斜拉桥及悬索桥在铁路中的运用等方面对我国高速铁路桥梁技术的发展进行分析总结,回顾了我国高速铁路桥梁的发展历程和建设成就,探讨了我国高速铁路桥梁新技术,提出了开展新材料、新设备研究等中国特色高速铁路桥梁建设的发展方向和途径。     

高速铁路下承式结合梁系杆拱桥桥面结合方式

针对高速铁路下承式结合梁系杆拱桥,通过有限元分析,对纵横梁桥面系和密布横梁桥面系2种结合方式、混凝土桥面板不同的分块方式等问题进行研究。结果表明:纵横梁桥面体系在纵横梁交点处存在应力突变,其横梁应力较密布横梁高。对于密布横梁方案,随着混凝土断缝数量的增多,系梁挠度增幅不大,系梁和拱肋内力变化不大,但横梁应力有所降低,混凝土桥面板的整体应力大致呈降低趋势;在施工上,密布横梁体系比纵横梁体系简单方便。对于128 m跨度双线下承式钢系杆拱桥的桥面结合方式,建议采用密布横梁体系,桁距16 m,混凝土桥面板设置断缝,按5节间(25 m 27 m 24 m 27 m 25 m)布置。