联合风场作用下车桥系统风荷载数值分析

为确定车速和风速对高速铁路桥梁车桥系统风荷载的影响,以兰新第2双线铁路32m简支箱梁和CRH2型高速列车为对象,采用Star CCM+软件建立列车和桥梁的全尺寸模型,分别对列车风场和联合风场中的车桥系统进行模拟,分析车辆风荷载和桥梁风荷载随车速和风速的变化规律。结果表明:列车风场中,随着车速的增加,车辆的侧力逐渐增大,头车和尾车的升力逐渐减小,力矩逐渐增大,桥梁的侧力、升力和力矩逐渐增大,但数值均较小;联合风场中,随着车速的增加,头车的侧力和力矩逐渐增大,尾车的升力和力矩逐渐减小,桥梁风荷载与车速的相关性相对较弱;随着风速的增加,列车的侧力和力矩逐渐增大,头车的升力先增大后减小,尾车的升力先减小后增大,桥梁的侧力和力矩逐渐增加,升力先减小后增大。     

列车对周围地面及建筑物振动影响的试验研究

通过铁路桥梁和铁路线路附近的两次现场试验,研究列车对周围地面和邻近建筑物的振动影响。实验结果表明,无论是作为桥墩的点振源,还是作为线路的线振源,铁路附近地面环境和建筑物地板的振动均随列车速度的提高而增大,随距线路的距离增加而减小,但在距线路一定的距离存在着一个振动放大区。对于多层建筑物,较高楼层的振动大,轴重大的列车引起的振动较大;实测铁路附近的楼房地板振动很大,已经超过了我国环境振动控制标准的规定。     

直线电机列车作用下高架桥的动力响应分析

建立直线感应电机(LIM)运载系统中列车与高架桥梁的动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组成。对具有2个转向架的4轴LIM列车车辆建立27个自由度的车辆动力模型。通过对有限元桥梁模型采用模态综合技术,以轨道不平顺作为系统的激励源,建立LIM列车和高架桥梁的耦合运动方程组,并编制计算分析程序。以一座3跨30 m简支梁高架桥为例,模拟LIM列车上桥、出桥的全过程,计算分析高架桥梁的自振特性及其在LIM列车通过时的动力响应特点。研究表明:由LIM列车引起的桥梁横、竖向位移响应值较小,远小于铁路规范的容许值;桥梁的竖向挠度主要受列车的重力荷载控制;桥梁最大横向位移响应出现在墩顶处,随着墩高和车速的增大而增大。     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

铅芯橡胶桥梁隔震支座屈服比的优化及设计应用

运用有限元软件SAP2000,建立不同未隔震桥梁自振周期,铅芯橡胶隔震支座弹性周期、非弹性周期和隔震屈服比的198个单自由度隔震桥梁模型,进行非线性地震能量反应分析,研究铅芯橡胶隔震支座屈服比与其耗能比的关系以及不同地震水平下的优化屈服比。研究表明,隔震支座优化屈服比随着地震动水平的增强而增大,但增大趋势逐渐减缓;以ElCentro波作为激励得到的优化屈服比拟合公式对不同地震波具有较好的适用性;将基于最大限度耗能确定的隔震支座优化屈服比应用到桥梁隔震的两阶段设计中,即保证了桥梁在正常条件下的使用,又保证了在较大地震荷载作用下,隔震支座最大限度地发挥耗能减震作用。     

基于Duhamel积分的车桥耦合动力分析方法

为了缩短求解车桥耦合系统动力响应的计算时间,利用振型分解法对车桥耦合系统的桥梁子系统和车辆子系统解耦,假定在每一时间步长内车桥相互作用力线性变化,借助Duhamel积分解析解,通过迭代得到系统的动力响应,提出了一种新型的车桥耦合动力分析方法.以一节四轴客车匀速通过32 m简支梁为例进行了实验研究,结果表明:本文方法得到的车桥耦合系统的动力响应结果与Newmark-β方法的结果接近,各极值点相对误差均不超过1%;在保证相同的计算精度前提下,本文方法将积分步长提高至原来的5~10倍,提高了求解速度.      

识别中低高度桥墩自振频率的冲击振动试验法

在分析既有频率识别方法的基础上,对利用冲击振动试验识别中低高度桥墩频率的方法进行研究.桥墩在白噪声冲击荷载作用下的速度响应频谱非常复杂,往往出现多个卓越频率,如果仅一个卓越频率对应180°相位角,则可明确判定其为桥墩的自振频率,其他卓越频率可能为相邻梁或桥墩的自振频率,可通过分析它们自身响应频谱的方法进行频率认定.如果出现桥墩响应频谱中多个卓越频率对应180°相位角的情况,需要结合相位曲线特征进行频率识别满足相位曲线连续横跨180°线的卓越频率是桥墩的自振频率,相位曲线在其后出现突降的卓越频率仍就是相邻梁或墩的干扰频率.用冲击振动试验法可以对桥墩响应频谱中的干扰频率进行鉴别,准确识别出中低高度桥墩的自振频率.     

梯形轨枕的减振特征及论证

轨道系统的减振理念,一般以改变质量-弹簧系统来实现,而梯形轨枕轨道,不但利用这一理念特征,还利用提高轨道刚度而减振的理念特征。通过车辆-轨道-构造物系统化减振的论证,分析新减振理念的特征和必要性,并通过对模拟计算和实际测试结果的分析,验证梯形减振轨枕开发理念的正确,说明其减少维修量降低综合运营成本,有利减振降噪的极高使用价值。     

大跨度铁路桥梁健康状态评估的统计对比诊断方法研究

利用桥梁结构长期健康监测系统获取的大量数据,结合大跨度铁路桥梁的结构受力特点,提出了一套基于静力识别的统计对比诊断桥梁结构整体性能的评估方法。其基本思路是:先根据桥梁结构完好状态下监测系统所采集到的环境变量(包括环境温度、湿度及荷载等)与结构响应变量的大量样本,采用统计分析的方法建立环境变量与结构响应变量之间的函数关系;在诊断和识别桥梁结构是否异常时,将实测环境变量代入以上函数,预测结构的响应量值,并计算出实测响应量与预测响应量的差值,再将这个差值与事先拟定的诊断标准进行比较,判别桥梁结构是否发生异常。这种方法可以综合考虑多种因素对结构响应量的影响,有望实现对桥梁结构健康状态的实时评估。