地震作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应分析

地震激励对高速车辆-简支箱梁桥系统动力响应的影响关系到高速铁路运营安全。基于车辆-轨道耦合动力学和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,运用有限元和多体动力学方法,建立高速铁路桥梁区段车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学模型,分析在人工地震波作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应。结果表明:地震激励对轨道板、支撑层和桥梁的横向振动特性的影响大于对垂向振动特性的影响,桥梁结构对地震激励的敏感程度大于轨道结构;车辆运行速度对系统垂向振动特性的影响大于对横向振动特性的影响。研究结论可为地震荷载作用下高速铁路安全运营提供理论依据。     

大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路新黄河特大桥156m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。从桥梁结构的桥门架、宽跨比、曲线钢桁梁桥和车辆系统的轨道不平顺以及货车编组角度出发,研究大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的影响因素。经过计算分析得出:钢桁梁桥桥门架对桥梁跨中加速度影响较大;曲线钢桁梁桥随着线路半径的增大,各车辆动力响应参数逐渐变小,轮轨力受到影响;钢桁梁桥宽跨比的增加使得横向刚度随之增加,桥梁横向振动变小;各项车辆动力响应均随着轨道情况变差而总体呈现逐渐增大趋势,车辆安全性、舒适性和平稳性指标逐渐变差;全列空车编组和空重混编对钢桁梁车-桥耦合系统是不利的编组形式,实际情况中应该避免。     

铁路大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动研究

桥梁作为线路工程中不可或缺的重要枢纽,对列车通过桥梁时,桥梁和车辆之间相互作用的问题迫切需要做出解答,特别是针对铁路钢桁梁,并考虑大跨度简支特性的车-桥耦合振动问题研究更具有一定的理论与实际意义。以黄韩侯铁路新黄河特大桥156 m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析,实现单个机车、编组客车和编组货车以设计时速通过桥梁时对大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的研究。经过计算分析得出:大跨度钢桁梁桥的横向刚度相对较小;不同编组情况以设计时速通过桥梁时,车辆和桥梁的各项动力响应参数均在规范允许的范围之内;编组货车通过桥梁时,桥梁跨中横向、竖向加速度较之其他编组情况要大。     

高速列车-桥梁竖向随机振动的时域分析方法

提出时间相关多维有色噪声形式的轨道不平顺激励下列车-桥梁耦合系统协方差响应的时域递推方法。用白噪声滤波法生成轨道不平顺有色噪声过程,在宽频带内识别滤波器参数以同时实现滤波成型和波长截断功能。提出基于高阶Pade近似的累次时滞系统,以实现列车多轮对下轨道不平顺激励的大时滞再现;再结合成型滤波器构造列车下轨道不平顺激励的一致白噪声模型。建立列车-桥梁垂向振动的状态方程,将其与激励模型联立得到一致白噪声激励下的列车-桥梁扩阶状态方程。将方差递推法推广到时变系统,求解列车-桥梁系统的随机振动。分析结果与Monte Carlo模拟法符合良好,表明了方法的正确性。     

高架连续梁桥动力计算研究

箱形截面是大跨度连续梁桥优先采用的截面形式,选择合适的箱梁动力分析模型是正确进行高架连续梁桥动力计算的基础。根据桥梁工程中常用的梯形截面箱梁桥的结构特点,应用薄壁梁段有限元方法,考虑箱梁横向弯扭耦合、扭转变形、畸变、桥墩变形和盆式橡胶支座等对箱梁桥动力性能垢影响,提出了高架连续梯形截面箱梁桥的动力计算模型,对某大型高架连续箱梁桥的振动特性进行了计算,所得结果对了解该桥的动态特性、建立桥梁的健康档案具有重要作用。     

城市轨道交通U型梁动力性能研究与实验验证

为探讨城市轨道交通U型梁车桥系统的动力响应,采用线性化轮轨模型建立了31个自由度的轮轨式车辆动力学模型.模型考虑了新型算法的横竖向轨道不平顺,以重庆市轨道交通一号线工程中梁山以西高架区间所采用标准跨径为30m的单线小U结构为对象,采用自编程序对机车车辆过桥时的车桥耦合振动进行了分析,并通过计算与实测结果的对比分析对所建...     

地震对多跨简支梁桥上列车运行安全的影响

主要讨论了地震对多跨简支梁桥上列车运行安全的影响，建立了综合考虑地震输入，轨道不平顺和车辆蛇行运动的车－桥体系振动的动力分析模型，通过输入典型地震波，模拟列车过桥全过程，计算了车辆与桥梁的动力响应，研究了地震荷载对秦沈客运专线跨度为1232m的简支T梁和简支箱梁列车运行安全的影响，并讨论了列车运行速度和桥梁下部基础条件与车桥动力响应的关系。     

大型高架桥横向地震反应分析

提出了大型高架桥梯形截面薄壁箱梁地震反应分析模型。该模型可以考虑箱梁弯曲，扭转，畸变等多种因素，还能考虑箱梁结构的横向弯扭耦合振动等结构自身特性和桥墩变形，盆式橡胶支座等局部构件作用，建立了大型高架桥在地震波输入下的动力方程，计算了郑州紫荆山高架桥分别在4种典型地震波作用下的地震过程反应，计算给出了该桥的地震反应规律。论证了郑州紫荆山高架桥在地震作用下横向变形的可靠性，为该桥的抗震设计提供参考。     

高速地铁列车竖向振动特性分析

高速地铁列车是一种运行速度可达160 km/h远高于普通地铁最高速度80 km/h的新型地铁列车。其车辆力学特性与高铁列车基本相同,其轨道运行条件与普速列车轨道运行条基本相同。地铁列车竖向振动影响列车上部结构供电及受力性能,目前高铁及普速列车在各自轨道上运行时列车的振动特性研究较为成熟,但高铁列车在普速铁路上运行时的振动特性的研究尚属空白。聚焦高速地铁列车在普速轨道上运行时的车辆振动特性,基于OpenSees软件建立普速及高速地铁列车的车-轮-轨二维有限元模型;利用我国普速轨道谱考虑其频谱特征随机生成20个440 m长轨道不平顺样本;通过有限元法分析了普速和高速地铁列车在不同运行速度及不同平顺程度下的竖向位移响应及统计参数,研究了高速及普速地铁列车竖向振动随运行速度的变化规律。研究表明：高速地铁列车与普速地铁列车的不平顺轨道振动远大于平顺轨道振动。高速列车与普速列车在竖向振动随速度变化特性上存在差异,高速列车的竖向振动位移幅值远小于普速列车,相较于普速列车振动更加稳定。     

结构-地基体系水平与扭转位移耦合效应研究

采用动力理论对地基-结构非线性相互作用体系的振动方程进行了定性分析.基于多线性随动强化模型,采用非线性有限元法求解了基础和地基土之间的水平刚度与摇摆刚度,建立了结构-地基非线性相互作用体系的力学模型.利用拉格朗日能量法推导了结构水平位移和扭转相耦合的振动方程.采用多尺度法研究了结构-地基相互作用体系的主共振.通过分析不...     

澳门澳凼第三大桥斜拉桥地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4及SHELL63单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性;并选取三条地震波在桥的纵、横向分别进行桥梁地震作用下的时程分析,给出了主梁和中塔的内力、位移及时程响应。     

Prediction of high-speed train induced ground vibration based on train-track-ground system model

The development of analysis on train-induced ground vibration is briefly summarized. A train-track-ground integrated dynamic model is introduced in the paper to predict the ground vibration induced by high-speed trains. Representative dynamic responses of the train-track-ground system predicted by the model are presented. Some major results measured from two field tests on the ground vibration induced by two high-speed trains are reported. Numerical prediction with the proposed train-track-ground model is validated by the high-speed train running experiments. Research results show that the wheel/rail dynamic interaction caused by track irregularities has a significant influence on the ground acceleration and little influence on the ground displacement. The main frequencies of the ground vibration induced by high-speed trains are usually below 80 Hz. Compared with the ballasted track, the ballastless track structure can produce much larger train-induced ground vibration at frequencies above 40 Hz. The vertical ground vibration is much larger than the lateral and longitudinal components.     

Modeling of cable vibration effects of cable-stayed bridges

The analysis of dynamic responses of cable-stayed bridges subjected to wind and earthquake loads generally considers only the motions of the bridge deck and pylons. The influence of the stay cable vibration on the responses of the bridge is either ignored or considered by approximate procedures. The transverse vibration of the stay cables, which can be significant in some cases, are usually neglected in previous research. In the present study, a new three-node cable element has been developed to model the transverse motions of the cables. The interactions between the cable behavior and the other parts of the bridge superstructure are considered by the concept of dynamic stiffness. The nonlinear effect of the cable caused by its self-weight is included in the formulation. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed model. The impact of cable vibration behavior on the dynamic characteristics of cable-stayed bridges is discussed. Supported by: Natural Science and Engineering Research Council of Canada     

Influence of structural parameters on dynamic characteristics and wind-induced buffeting responses of a super-long-span cable-stayed bridge

A 3D finite element (FE) model for the Sutong cable-stayed bridge (SCB) is established based on ANSYS. The dynamic characteristics of the bridge are analyzed using a subspace iteration method. Based on recorded wind data, the measured spectra expression is presented using the nonlinear least-squares regression method. Turbulent winds at the bridge site are simulated based on the spectral representation method and the FFT technique. The influence of some key structural parameters and measures on the dynamic characteristics of the bridge are investigated. These parameters include dead load intensity, as well as vertical, lateral and torsional stiffness of the steel box girder. In addition, the influence of elastic stiffness of the connection device employed between the towers and the girder on the vibration mode of the steel box girder is investigated. The analysis shows that all of the vertical, lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the dead load intensity increases. The dynamic characteristics and the structural buffeting displacement response of the SCB are only slightly affected by the vertical and torsional stiffness of the steel box girder, and the lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the lateral stiffness increases. These results provide a reference for dynamic analysis and design of super-long-span cable-stayed bridges.     

天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动振动反应分析

本文对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动的振动反应进行了研究。天兴洲大桥是目前在建的世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥,由于具有四线铁路,其主梁在列车制动及行车移动荷载作用下会沿纵向产生大幅振动,因此对其列车制动及行车移动荷载反应进行研究尤为必要。文中,首先根据车辆动力学的原理建立了列车制动动力学模型,获得了列车制动力纵向荷载及在制动过程中列车行走所产生的竖向荷载,并建立制动力传递有限元模型,应用有限元分析软件来获取钢轨上制动力及列车行走时引起的桥梁结构节点上的作用力时程。最后对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动及行车移动荷载的振动反应进行了仿真分析,发现了其主梁纵向列车制动反应具有位移大且速度极小的特点。     

超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究

斜拉桥地震反应不同于其它桥型,具有明显的空间耦合效应.利用有限元理论对苏通长江公路大桥的空间抗震性能进行分析,重点研究行波效应对结构响应的影响,并与一致激励计算的结果进行比较,为大跨度斜拉桥抗震分析采用随机方法提供了一定的参考依据.研究结果表明,行波效应对斜拉桥结构内力有显著的影响,大跨度斜拉桥抗震性能分析必须考虑行波效应.而行波效应的影响与结构自身动力特性、视波速、构件位置及研究响应类型(位移与内力)相关.     

摩擦摆支座在矮塔斜拉桥中减震效果研究

矮塔斜拉桥有着良好的受力性能与美观性能,因此抗震设计对矮塔斜拉桥至关重要。摩擦摆式减隔震设计能够将桥梁上部结构与下部结构分离,从而延长结构的自振周期和摩擦耗能机理来降低和耗散传递到桥梁上部结构的能力。本文以靖远金滩黄河大桥(100+168+100)m矮塔斜拉桥为分析模型,利用摩擦摆式减隔震支座对矮塔斜拉桥的墩身进行减隔震研究,运用MIDAS有限元软件输入不同的地震波以检验摩擦摆系统的减震效果。分析结果证明了在矮塔斜拉桥中应用摩擦摆减隔震支座系统的有效性。