制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应分析

为研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题,建立车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型。根据高速列车制动减速度特性曲线确定列车制动力,利用Hertz理论求解轮轨力,通过交叉迭代法求解有限元数值方程。以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道制动为例,进行系统动力响应分析。研究结果表明:轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减,梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大;列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小;列车停车后,轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变,随后都有自由衰减的趋势;列车停车瞬间,列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。     

客运专线桥上纵连板式无砟轨道制动附加力影响因素分析

为了揭示各种因素对桥上纵连板式无砟轨道制动附加力的影响,为轨道和桥梁设计提供基础参数,运用空间有限梁单元理论,建立了桥上纵连板式无砟轨道线板桥墩空间一体化纵向力计算模型,并编制了相应的计算软件。运用所编制的计算软件,分析了扣件阻力、底座板与桥梁摩擦系数、道床板伸缩刚度以及底座板与桥梁固结机构对制动附加力的影响。结果表明:对16 kN/m的制动力,扣件阻力在16 kN/m及以上变化,钢轨、道床板及桥梁墩台的纵向力变化很小;增大底座板与桥梁间摩擦系数,墩台顶最大纵向力稍有增加,钢轨和道床板纵向力大幅降低;增大道床板伸缩刚度和取消底座板与桥梁间固结机构,有利于降低墩台顶最大纵向水平力。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。     

双固定墩对市域铁路桥上无缝线路纵向力的影响研究

针对双固定墩对桥上无缝线路纵向力的影响开展研究，以某市域铁路为实际工程背景，基于梁轨相互作用原理、非线性有限单元法，建立线-桥-墩一体化计算模型，分析温度变化、列车制(启)动以及断轨工况下双固定墩简支梁桥上无缝线路纵向力变化规律，并以规范要求进行轨道力学检算。计算结果表明，相比普通桥上无缝线路而言，双固定墩对钢轨最大伸缩及制动拉力影响不大，但显著提高伸缩压力的峰值；双固定墩所受纵向力近似为0,但与双固定墩相邻桥墩承受的纵向力增幅达到50%左右；当钢轨在双固定墩处折断时，双固定墩对钢轨断缝有抑制作用；从桥上无缝线路受力角度考虑，当墩刚度低于500 kN/(cm·单线)时，双固定墩桥上无缝线路无需单独进行轨道力学检算，桥梁专业按规范取值进行桥墩检算即可满足工程设计需求。研究结果可为双固定墩桥上无缝线路轨道系统和墩台设计提供参考。     

徐变上拱对桥上纵连无砟轨道线路动力影响

研究目的:高速铁路预应力桥梁会出现徐变上拱,而高速铁路对线路平顺性要求高,预应力桥梁徐变上拱引起的不平顺对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统有何影响,是工程界十分关注的问题。本文基于列车-轨道耦合动力学理论,建立考虑无砟轨道-桥梁系统各部件间接触状态非线性的高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维有限元耦合动力学模型并进行相应验证,运用所建模型,对列车在桥上纵连板式无砟轨道线路桥梁徐变上拱地段高速行驶时耦合系统的动力特性进行研究,旨在探讨其影响规律。研究结论:(1)桥梁徐变上拱对车体振动加速度影响非常显著,对桥梁振动加速度虽有影响,但不太显著;(2)桥梁徐变上拱对最大轮轨力、钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力均有一定的影响,但影响规律不一,对最大轮轨力影响比较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响则比较大;(3)桥梁徐变上拱引起的无砟轨道-桥梁间局部脱空对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性有显著影响;(4)本研究成果可为高速铁路桥上纵连板式无砟轨道线路徐变上拱大小控制提供理论依据。     

CRH2型动车组在大跨度连续刚构桥上的制动响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥在CRH2型动车组制动力作用下的性能,建立了线路–桥梁有限元分析模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,计算了车体的制动力时程。利用线性插值原理,编程计算了钢轨各节点的制动力时程。将轨面各节点的制动力时程和竖向力时程施加于结构,利用Midas有限元软件进行了动力响应分析。结果表明,主梁纵向变形具有累积性;制动力和竖向力联合作用下,连续刚构桥的纵向位移普遍较小,墩底纵向弯矩也在规范静力取值范围之内,表明动车组制动情况下连续刚构桥处于安全状态。     

重载列车轮轨动力作用分析

本文运用有限元法，建立了重载列车轮轨动力作用分析模型，该模型考虑了钢轨初始不平顺引起的轨道结构竖向振动及由牵引力和制动力引力的轨道结构纵向振动。在模拟列车制动力作用时，文章考虑了列车初始制度速度，制动距离及闸瓦制动波速对轨道结构的影响，运用这一模型，作者对京沪线５０００ｔ重载列车对轨道结构的影响，特别是牵引力和制动力对纵向力的影响进行了模拟，取得了满意的结果。     

城市轨道交通桥梁纵向制动力传递分析

以城市轨道交通桥梁为对象,分析制动力作用于轨道面上的传递过程。将轨道、扣件、桥跨结构、支座、墩身及基础划成有限元,建立平衡方程,分析当列车制动时,纵向力的传递与分配。由于无缝线路的联系作用,制动力将分配至较广范围,每一桥墩承受的最大制动荷载只相当于有缝线路制动力的39 6%～56 8%。制动过程中,纵向制动力对钢轨引起的应力不大。当采用扭矩为60N·m的扣件,墩身高度超过10m时,制动过程中局部区段的扣件可能出现滑动现象。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。