常用跨度无砟轨道铁路桥梁动力性能试验研究

通过遂渝线常用跨度无砟轨道铁路桥梁的动力性能试验,测试CRH2型动车组和120 km.h-1速度等级试验货物列车通过时的24和32 m预应力混凝土箱梁的自振特性和动力响应。试验结果表明,24和32 m箱梁可以满足这2种列车通过桥梁时的安全性要求;梁体的竖、横向自振频率符合相关规范要求。在这2种列车作用下,梁体跨中挠跨比、挠度动力系数、跨中横向振幅、跨中竖横向加速度、墩顶横向振幅、梁端转角、支座横向动位移、梁缝两侧钢轨支点的竖横向相对位移均符合相关规范要求,但是部分测点的梁体应变动力系数超出设计规范要求。梁体竖横向阻尼比和跨中竖向振幅也均正常。实测24,32 m箱梁跨中挠跨比分别为1/11436和1/12 386,但设计规范值和设计采用值只有1/1 200和1/4 000,且梁端转角只有规范要求的1/10左右,由此可见梁体竖向刚度设计过于保守。     

更高速度条件下铁路简支箱梁关键参数研究

针对梁体基频、竖向刚度等参数,概述我国高速铁路桥梁参数的研究思路及成果、参数设计及运营现状,采用车桥竖向相互作用程序分析铁路简支箱梁动力响应规律。结果表明,梁体基频为设计参数的控制因素,梁体实测梁体基频高于设计值和规范限值,梁体刚度存在一定的储备;时速350 km的高速铁路简支箱梁可适应更高速度420 km/h的运营要求;420 km/h速度等级高速铁路简支箱梁关键参数可参考350 km/h速度等级相关参数;40 m跨度车桥动力响应明显降低,梁体基频等动力参数不再控制梁体设计,建议开展高速铁路更大跨度简支箱梁应用研究。     

高速铁路常用跨简支箱梁运营性能检定

根据对我国高速铁路桥梁动力性能测试数据的分析和相关研究,将高速铁路常用跨度简支箱梁运营性能的检定划分为抽样桥梁的周期性检定、提速桥梁的检定以及运营状态异常或有重大缺陷和损伤等桥梁的检定3类;检定中以梁体的自振特性、竖向刚度(挠度和梁端转角)和竖向动力响应作为简支箱梁运营性能的竖向评定参数,以梁体和桥墩的横向振幅、无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移作为简支箱梁运营性能的横向评定参数。根据对高速铁路联调联试得到的桥梁动力性能实测样本的统计分析并按可信度97.5%计算,分别给出250和350km·h~(-1)高速列车运行速度下跨度为19.5~39.1m的预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的建议通常值:梁体竖向自振频率分别为5.0~8.4和5.5~9.9 Hz,竖向阻尼比为2.0%~3.5%,挠跨比分别为1/12 000~1/48 00和1/11 000~1/7 200,梁端竖向转角分别为0.30‰~0.65‰和0.25‰~0.45‰rad,跨中竖向和横向振幅分别为0.20~0.35和0.10~0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25~0.40m·s~(-2),墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5~4.2范围内为条件选取,无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5mm。针对预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的测试方法提出建议。     

高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究

以设计速度350km.h-1、跨度32m的预应力混凝土箱梁为例,在分析梁体基频、刚度和变形的设计值与实测值差异成因的基础上,进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。结果表明,对于铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的32m预应力混凝土双线整孔箱梁,实测梁体的自振频率约为设计值的1.4倍,其竖向刚度为设计值的1.7倍,混凝土弹性模量提高、二期恒载降低及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体基频提高约4.9%～19.9%,4.8%～10.5%和3.6～5.7%;混凝土弹性模量提高、支座摩阻及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体刚度提高10.1%～43.7%,5.9%～17.7%和7.4%～11.8%。鉴于梁体频率实测值比设计值高出较多,建议设计时梁体频率可取规范限值的0.9;梁体刚度虽可以进一步降低,但应严格控制预应力混凝土梁体的残余徐变变形,确保长期变形不大于现有箱梁的设计值。鉴于跨度32m以上简支梁桥的车桥动力响应显著降低,建议对更大跨度简支梁开展研究。     

提速条件下32m下承钢板梁综合动力性能的安全性评价

沪宁线加固后的32 m下承钢板梁的综合动力性能试验,测试其在动车组以200～250 km/h速度通过32 m下承钢板梁时的动力响应和安全指标,主要包括钢梁自振特性、梁体动挠度、横向振幅、竖向振幅、横向及竖向加速度、墩顶横向振幅、端横梁的拼接纵梁位置处动挠度、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力等,并结合已有相关规范,对实测结果进行安全性评价.测试结果表明:在动车组作用下,梁体自振频率、梁体跨中挠度、梁体横向振幅、墩顶横向振幅以及脱轨系数、轮重减栽率和轮对横向力、端横梁的拼接纵梁位置处动挠度、主要杆件动力系数均符合相应规范要求,能够满足动车组以200～250 km/h 速度安全通过.     

箱型桥梁结构的面板声学贡献分析

以高速铁路32 m混凝土简支箱型桥梁为研究对象,通过有限元软件建立了轨道-桥梁分析模型,采用车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,分析了桥梁结构的竖向振动,并将得到的竖向振动响应作为边界条件,导入到箱梁边界元模型中预测箱梁结构噪声。同时基于面板声学贡献分析理论,进行了箱梁梁体的面板声压贡献分析和声功率贡献分析,确定箱梁梁体辐射噪声的最大部位。研究结果表明:列车以200 km/h的速度运行在高架轨道上时,箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100 Hz范围内,其中在20 Hz和42 Hz左右有比较突出峰值。同时由面板声学贡献分析可知箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面板。     

双块式无砟轨道合理刚度取值研究

为确定双块式无砟轨道的合理刚度,提出将准静态与动力响应分析手段相结合,根据应力、变形及振动水平控制指标,综合比选合理范围内的多种轨道刚度方案来确定双块式无砟轨道合理刚度的方法.分别运用有限单元法和车辆-轨道耦合动力理论建立双块式无砟轨道准静态计算模型进行应力与变形分析,开展无砟轨道扣件刚度对轮轨系统动力响应的影响分析.结果表明:对于250 km/h和350 km/h客运专线双块式无砟轨道,扣件刚度宜分别在35～45 kN/mm和20～25 kN/mm范围内取值.     

高铁济南黄河特大桥钢桁梁主桥动力性能研究

高铁济南黄河特大桥为京沪高铁和太青客运专线四线共建桥,其主桥采用(112+3×168+112)m下承式连续刚性梁柔性拱型式.采用现场测试与有限元分析相结合的方法,对济南黄河特大桥钢桁梁主桥的动力性能、行车安全性和平稳性进行研究.结果表明:桥梁横向、竖向刚度均满足相关规范和设计文件要求;实测梁体横向和竖向1阶自振频率分别为1.57和1.72 Hz,与测试速度内动车组的横向和竖向强振频率相距较远,未出现共振;动车组作用下的梁体最大竖向动力增量为设计荷载的3％,梁体最大竖向振动加速度(20 Hz低通数字滤波后)均小于0.5m·s-2,梁体横向和竖向振幅均较小,能够满足300 km·h-1动车组运行要求;动车组通过主桥有砟区段的安全性指标小于允许值,车体横向和垂向平稳性指标均小于2.5,动车组车辆动力学响应在主桥和引桥不同轨道结构线路区段的实测结果差别不大.     

钢-混凝土连续结合梁动力性能试验研究

通过对合宁铁路钢-混凝土连续结合梁动力性能试验,测试钢-混凝土连续结合梁的自振特性和CRH2动车组、120 km/h试验货车和160 km/h试验客车通过时的动力响应.试验结果表明,钢-混连续结合梁可以满足这3种列车通过时的安全性要求;梁体的竖向、横向自振频率、跨中挠跨比、梁端转角、挠度、应变动力系数、跨中横向振幅、墩顶横向振幅、竖向加速度、支座横向动位移均符合相关规范和设计的要求.     

高速铁路连续箱梁运营性能检定

研究目的:梳理常用跨度连续箱梁运营性能的检定技术，为更好地开展高速铁路常用跨度连续箱梁运营性能检定工作提供技术指导。基于近年来在中国开展的高速铁路桥梁动力性能测试的数据和相关理论研究，对桥梁动力性能实测样本进行统计分析，分别给出250 km/h和350 km/h高速列车运营速度下预应力混凝土连续箱梁运营性能评价参数的建议通常值。研究结论:(1)明确了3类高速铁路常用跨度连续箱梁运营性能检定的任务，提出了10项连续箱梁运营性能评定的主要技术参数；(2)梁体竖向自振频率取跨度的幂函数，梁体竖向阻尼比为0.5%～2.0%,挠跨比分别为1/5 500～1/3 500和1/6 000～1/4 000,梁端竖向转角分别为0.60‰rad和0.50‰rad,动力系数分别为1.17～1.26和1.20～1.30,跨中竖向和横向振幅分别为0.25～0.80 mm和0.10～0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25～0.40 m/s²,墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5～4.2范围内为条件选取，无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5 mm;(3)本研究成果...     

大西客专不同轨下基础及其过渡段轨道结构动力性能试验研究

高速铁路建设经常会遇到不同轨下基础及其连接处的过渡段,由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起过渡段轨道的变形,产生不平顺[1]。通过在大西客专路桥过渡段、桥上无砟轨道、桥隧过渡段、隧道内无砟轨道布置测点,测试了动车组在160~275 km/h运行条件下轨道结构动力响应,评估了列车运行平稳性、轨道结构稳定性和振动特性。测试结果表明:列车运行稳定性指标、轨道结构稳定性和振动参数均满足相关标准要求,轨道结构动力性能参数在桥上和隧道内与路桥过渡段、桥隧过渡段差别不大,过渡段设置合理。     

高速铁路大跨桥无砟轨道不平顺管理波长及施工误差研究

西安至延安高铁王家河特大桥采用(124+248+124) m刚构连续梁拱结构,铺设CRTS双块式无砟轨道,为我国高铁铺设无砟轨道大跨度桥梁。为确保时速350 km列车通过的安全性、舒适性,结合王家河桥建立有限元车-线-桥耦合动力学仿真模型,利用频谱分析方法,研究不同时速下高低不平顺波长与车辆动力学指标的关系。针对长波不平顺管理波长,200 km/h时建议大于70 m、250 km/h时建议大于85 m、300 km/h时建议大于100 m、350 km/h时建议大于115 m。鉴于实际施工过程中桥梁、轨道的施工误差,运营过程中基础沉降、梁体混凝土徐变等因素对线路线形的影响,通过动力学指标分析,给出钢轨面允许误差限值。研究结论确保建设项目的顺利实施,完善了我国大跨度桥梁无砟轨道铺设技术。     

高速移动荷载作用对桥上轨道竖向动力特性的影响

以成灌铁路简支箱梁桥及轨道结构为背景,建立了移动荷载作用下桥梁轨道力学模型,推导了其竖向振动位移响应并编制计算程序,分析了荷载移动特性对桥上轨道竖向振动位移特性的影响。计算单个荷载以不同速度通过轨道时的竖向位移变化,得出即使没有轨道不平顺影响,高速移动荷载作用仍然会引起桥上轨道竖向振动,且振动频率与速度有关;与静荷载作用相比,轨道的竖向振动振幅大大增加,就成灌铁路而言,竖向位移最大值出现在速度350 km/h时。研究结果对深入了解高速列车通过桥上轨道时的动力特性有重要指导意义。     

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。     

250km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度

研究目的:我国正在进行大规模的客运专线建设,其中时速250 km的客运专线占有相当大的比重.无砟道岔作为客运专线的重大基础设备,其轨道刚度影响动车组过岔时的安全性和平稳性,需进行合理设置.根据线路运营条件,运用理论分析,开展客运专线无砟道岔轨道刚度取值研究,为确定我国250 km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度提供理论指导.研究结论:从列车运行品质、道岔应力状态、振动水平、变形大小和部件刚度匹配5个方面提出岔区合理轨道刚度的评判准则,并基于车辆一道岔空间耦合动力学理论和轨道变形分析建立岔区合理轨道刚度的确定方法,对我国时速250 km客运专线无砟道岔轨道的合理刚度进行了研究,结果表明:36～44 kN/mm的扣件系统刚度,290～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,40～50 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理.     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

横向有限条与无砟轨道板段单元的车轨系统竖向振动分析法

研究高速列车-板式轨道时变系统竖向振动。高速列车（以1动＋4拖为例）中的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统。针对无砟轨道（以板式轨道为例）的结构特点,提出横向有限条与无砟轨道板段单元分析模型。考虑轮轨竖向位移衔接条件,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了此系统竖向振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。比较了钢轨与轨道板竖向位移的静、动态响应,结果接近。得出200 km/h车速下此系统竖向振动响应时程曲线,计算波形及量值均符合物理概念。分析车速及轨道高低不平顺对此系统竖向振动响应的影响,此系统竖向振动响应随车速及轨道高低不平顺的增大而增大。计算结果表明,本文提出的模型正确、可行。     

竖向温度梯度对箱梁受力的影响

为验证客运专线时速250 km的32 m简支箱梁的使用性能,选择4孔梁进行现场预制和试验。在梁体预制过程中顶板底面中心产生了顺桥向裂缝,裂缝在白天、夜晚呈现明显张合趋势。为分析竖向温度梯度对裂缝的影响开展了试验及理论研究。研究结果表明:存梁期间日照引起的竖向正温度梯度是桥面板裂缝产生的主要原因;裂缝主要影响结构的使用耐久性,对受力影响较小。建议有砟箱梁设计时充分考虑轨道铺设前竖向温度梯度的影响。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

大跨度连续刚构拱桥无砟轨道动力特性分析

研究目的:目前大跨度桥上铺设无砟轨道的技术尚不成熟,缺乏实践经验。本文结合西安至延安高铁王家河特大桥的特点,通过刚体动力学方法及有限元方法建立车桥耦合振动模型,分析不同桥梁预拱度和轨道不平顺共同作用下列车过桥时的安全性及平稳性,并参照相应规范给出安全舒适性评价;根据车桥耦合振动模型的仿真结果,利用频谱分析方法,研究不同时速下高低不平顺波长与车体垂向加速度的关联关系,给出列车不同时速的长波不平顺管理建议值。研究结论:(1)跨中预拱值设为(230±20) mm且预拱曲线按照余弦曲线分配时,列车安全性与舒适性能够满足200～350 km/h的通过速度需求;(2)针对长波不平顺管理值,200 km/h时建议大于70 m,250 km/h时建议大于85 m,300 km/h时建议大于100 m,350 km/h时建议大于115 m;(3)本研究结论对大跨度铁路桥梁变形控制和轨道平顺度标准的研究具有参考价值。