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考虑激励随机的高速铁路桥梁竖向刚度研究

考虑激励随机的高速铁路桥梁竖向刚度研究

作者：陈绪黎西南交通大学

学位级别：硕士

竖向刚度对保证高速铁路桥上行车安全性和乘坐舒适性具有重要意义,随着客运轮轨交通系统设计车速的不断提升,车-桥耦合振动响应愈加明显,竖向刚度不足可能引发桥面坡度超限、乘坐不适甚至列车脱轨等问题。考虑到《铁路桥涵设计规范》未... 详细信息

竖向刚度对保证高速铁路桥上行车安全性和乘坐舒适性具有重要意义,随着客运轮轨交通系统设计车速的不断提升,车-桥耦合振动响应愈加明显,竖向刚度不足可能引发桥面坡度超限、乘坐不适甚至列车脱轨等问题。考虑到《铁路桥涵设计规范》未规定车速350km/h以上的刚度限值标准,轨道随机不平顺使车辆动力响应变异系数较大,行车性能与桥梁变形的量化关系不足等情况。本文采用数值仿真手段,基于ARMAX代理模型考虑随机激励的影响,以舒适性超越概率处的车体竖向加速度评价竖向刚度,提出铁路桥梁竖向刚度统计分析方法,并分析不同车辆、桥梁因素对竖向刚度的影响,给出时速400公里级高速铁路桥梁的竖向刚度限值建议值。主要研究内容如下:(1)针对车-桥垂向耦合系统,采用ARMAX(Auto Regression and Moving Average with e Xogenous)代理模型代替车-桥耦合振动方程以预测车辆竖向加速度,对代理模型进行MCS(Monte-Carlo simulation)计算,并与车-桥耦合振动系统的直接MCS计算进行对比,验证了代理模型的准确性和计算效率。结果表明,代理模型较直接MCS计算的单次、总体计算效率高出约3个数量级,误差不超1%,由此说明代理模型用于车-桥系统小失效概率分析时的可行性。(2)以车体竖向加速度1.3m/s为乘坐舒适性限值,采用列车日运行对数、线路检查周期、轨道预防性打磨周期确定舒适性超越概率水平为1/70000,并建立适用于桥梁刚度下降后的ARMAX代理模型,计算舒适性超越概率水平下的车体竖向加速度直至超过限值规定,再对相应刚度的桥梁模型按规范要求加载,获得桥梁竖向刚度限值。经验证,桥梁刚度下降至车体加速度超限,由代理模型MCS计算的车体加速度相较于直接MCS计算,误差不超过5%,可用于计算激励随机性影响下的桥梁竖向挠度限值和梁端转角限值。(3)车辆轴重越小、车速越大、桥梁跨度越大,桥梁竖向刚度限值会变小(限值更严格);设计车速较低的车型较设计车速较高的车型,限值更小(更严格),且随车速增加限值的减小速度更快;桥墩高度和梁端悬出长度对桥梁竖向刚度基本无影响。针对跨度不超过40m的预应力混凝土简支梁桥,采用400km/h高速列车模型建立行车性能与桥梁竖向刚度之间的关系,并考虑激励随机性的影响时,建议竖向挠度限值可按规范挠度限值拟合外推值L/1700进行取值(L为桥梁跨度),梁端转角限值仍然按现行规范规定进行取值。

关键词：高速铁路桥梁竖向刚度车-桥耦合振动 ARMAX 代理模型舒适性指标超越概率

400km/h高速铁路桥梁竖向刚度限值研究

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振动与冲击 2022年第14期41卷 114-120页

作者：向活跃陈绪黎张玲李永乐西南交通大学土木工程学院成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

为研究400 km/h高速铁路桥梁的竖向刚度限值,首先,将铁路桥涵设计规范中不同车速的竖向挠度限值拟合外推,得到车速400 km/h时不同桥梁跨度的竖向挠度限值;然后,调整截面竖向惯性矩,实现不同桥梁竖向刚度,并考虑竖向温度变形影响,进行车... 详细信息

为研究400 km/h高速铁路桥梁的竖向刚度限值,首先,将铁路桥涵设计规范中不同车速的竖向挠度限值拟合外推,得到车速400 km/h时不同桥梁跨度的竖向挠度限值;然后,调整截面竖向惯性矩,实现不同桥梁竖向刚度,并考虑竖向温度变形影响,进行车桥耦合振动分析,得到不同桥梁竖向刚度下的车辆竖向加速度;最后,按规范要求在桥梁最不利位置加载得到桥梁竖向挠度和梁端转角,车辆竖向加速度达到限值时可获得竖向挠度限值和梁端竖向转角限值,并与规范预测值进行对比。结果表明,400 km/h高速铁路桥梁竖向挠度限值可采用现行规范拟合外推得到的挠度限值,梁端竖向转角限值可仍沿用现行规范限值。

关键词： 400km/h高速铁路车桥耦合 ZK荷载竖向挠度限值梁端竖向转角限值

考虑风屏障影响的大跨度铁路悬索桥横向挠跨比限值研究

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铁道学报 2023年第3期45卷 62-69页

作者：向活跃陶宇陈绪黎胡浩李永乐西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

为研究风屏障对大跨度铁路悬索桥横向刚度的影响,以某主跨1 060 m的铁路悬索桥为例,采用风洞试验测试车桥系统气动特性,通过改变加劲梁横向截面惯性矩实现不同的横向刚度,采用风-车-桥耦合振动分析方法,研究大跨度铁路悬索桥的横向挠跨... 详细信息

为研究风屏障对大跨度铁路悬索桥横向刚度的影响,以某主跨1 060 m的铁路悬索桥为例,采用风洞试验测试车桥系统气动特性,通过改变加劲梁横向截面惯性矩实现不同的横向刚度,采用风-车-桥耦合振动分析方法,研究大跨度铁路悬索桥的横向挠跨比限值,讨论风屏障高度、车速及桥梁跨度的影响,在考虑激励随机性影响的基础上按规范加载条件得到桥梁横向挠跨比限值。结果表明:车速越高,桥梁跨径越小,横向挠跨比限值越严格;在不同跨度和车速条件下,风屏障均可提高横向挠跨比限值,其中设置3.5 m高度风屏障时,横向挠跨比限值可提升约9%,且当车速为200 km/h时,横向挠跨比限值可取为1/1 200。

关键词：风屏障大跨度铁路悬索桥横向刚度横向挠跨比风-车-桥系统

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400km/h高速铁路列车的荷载图式研究

西南交通大学学报 2023年第1期58卷 175-182页

作者：向活跃陈绪黎许三平李永乐西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为确定适合400 km/h高速铁路的荷载图式,参考《京沪高速铁路设计暂行规定》中确定0.8UIC荷载作为高速铁路列车荷载图式所使用的方法,以包络德国ICE列车、中国ZGS和中速列车的换算均布活载动效应为原则,提出将0.65UIC荷载作为400 km/h高... 详细信息

为确定适合400 km/h高速铁路的荷载图式,参考《京沪高速铁路设计暂行规定》中确定0.8UIC荷载作为高速铁路列车荷载图式所使用的方法,以包络德国ICE列车、中国ZGS和中速列车的换算均布活载动效应为原则,提出将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式;然后,在时速400公里高速列车作用下,对24、32、40 m 3种跨度简支梁桥,基于车桥耦合振动分析方法得到车辆动力响应,在此基础上研究动力系数、竖向挠度、梁端竖向转角和轨面不平顺等现行规范指标在0.65UIC荷载条件下的适应性;最后,讨论采用0.65UIC荷载作为设计荷载时,离心力、牵引力和制动力限值对400 km/h高速铁路列车的适应性.结果表明:在现行规范基础上,将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式进行桥梁设计是可行的,采用该荷载图式计算的桥梁设计指标限值和设计荷载限值较运营车辆与桥梁间的响应具有一定安全储备.

关键词： 400km/h高速铁路列车荷载图式车桥耦合简支梁桥参数适应性分析

侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合动力响应分析

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Journal of Central South University 2023年第8期30卷 2757-2771页

作者：田祥富向活跃陈绪黎李永乐 State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System(Southwest Jiaotong University) Chengdu 610031China Department of Bridge Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China Wind Engineering Key Laboratory of Sichuan Province Chengdu 610031China

侧风作用是影响高速磁浮系统动力设计的重要因素之一。为获得侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合振动响应,首先,建立了风-静悬磁浮列车-轨道梁(WSMG)和风-移动磁浮列车-轨道梁(WMMG)空间耦合分析模型。然后,通过风洞试验对磁浮车辆的气... 详细信息

侧风作用是影响高速磁浮系统动力设计的重要因素之一。为获得侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合振动响应,首先,建立了风-静悬磁浮列车-轨道梁(WSMG)和风-移动磁浮列车-轨道梁(WMMG)空间耦合分析模型。然后,通过风洞试验对磁浮车辆的气动特性进行测试。磁浮列车的控制系统采用比例-积分-微分(PID)控制器和加速度反馈相结合的比例-积分-微分-加速度(PIDA)控制算法进行调控。最后,分析了平均风、脉动风、风速和车速对磁浮系统动力响应的影响。结果表明:PIDA控制算法可以消除侧风引起的磁浮间隙稳态误差,并减小大约40%的车体横向位移;均匀风只改变列车的平衡位置,脉动风和轨道不平整是引起磁浮列车-轨道系统振动的主要原因;风速对车辆的横向振动的影响更为敏感,当风速超过30 m/s时,高速磁浮列车应停止运行。

关键词：风-磁浮列车-轨道梁风洞试验控制系统侧向风动力响应

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常导高速磁浮桥梁预拱度形式研究

振动工程学报 2023年第3期36卷 652-661页

作者：陈绪黎向活跃田祥富李永乐曾敏西南交通大学土木工程学院桥梁工程系四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为研究常导高速磁浮桥梁的预拱度形式,计算了单跨轨道梁、双跨轨道梁和40+60+40 m连续梁在列车静活载、温度、收缩徐变作用下的变形,并将以上变形组合为12种预拱度曲线;采用车‑桥耦合振动分析方法,讨论了不同预拱度条件下车速、额定悬... 详细信息

为研究常导高速磁浮桥梁的预拱度形式,计算了单跨轨道梁、双跨轨道梁和40+60+40 m连续梁在列车静活载、温度、收缩徐变作用下的变形,并将以上变形组合为12种预拱度曲线;采用车‑桥耦合振动分析方法,讨论了不同预拱度条件下车速、额定悬浮间隙、温度及收缩徐变、桥梁结构形式等因素对磁浮列车行车性能的影响;以行车安全性和乘坐舒适性为评判指标,分析常导高速磁浮桥梁的合理预拱度形式。结果表明,车速越小、额定悬浮间隙越大,列车荷载、温度荷载和收缩徐变作用下的桥梁变形与预拱度方向相反、大小接近时,高速磁浮列车在单跨轨道梁上的舒适性和安全性指标更优;各预拱度工况下,磁浮列车在双跨轨道梁上的行车性能最优,单跨轨道梁较40+60+40 m连续梁的舒适性更优,行车安全性更差;基于设置预拱度后的行车性能,建议双跨度轨道梁可不设置预拱度,单跨轨道梁和40+60+40 m连续梁桥可按0.5和1倍列车静活载设置预拱度。

关键词：常导高速磁浮桥梁车‑桥耦合振动预拱度收缩徐变温度变形

连续梁竖向刚度对高速磁浮列车-桥梁动力响应的影响

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西南交通大学学报 2024年

作者：陈绪黎向活跃田祥富李永乐曹文杰西南交通大学土木工程学院中铁第四勘察设计院集团有限公司

以某三跨连续梁为研究对象，分析桥梁竖向刚度对常导高速磁浮列车和桥梁耦合振动响应的影响。通过调整截面惯性矩实现不同桥梁竖向刚度，考虑车速、额定悬浮间隙及温度作用等因素进行高速磁浮列车-桥耦合振动分析，讨论了桥梁竖向动力... 详细信息

以某三跨连续梁为研究对象，分析桥梁竖向刚度对常导高速磁浮列车和桥梁耦合振动响应的影响。通过调整截面惯性矩实现不同桥梁竖向刚度，考虑车速、额定悬浮间隙及温度作用等因素进行高速磁浮列车-桥耦合振动分析，讨论了桥梁竖向动力放大系数、车体竖向加速度和悬浮间隙动态变化量随桥梁刚度调整系数的变化规律。结果表明，刚度调整系数下降至约0.75时，桥梁竖向动力系数迅速增加，车体竖向加速度指标相较于悬浮间隙动态变化量指标对桥梁竖向刚度变化更敏感。车速越大、考虑降温变形时，桥梁竖向动力响应越大，轨道不平顺和额定悬浮间隙对桥梁动力系数的影响不明显；车速越大、额定悬浮间隙越小、考虑轨道不平顺和降温变形影响时，相同车辆动力响应大小对应的桥梁竖向刚度调整系数越大。

关键词：竖向刚度常导高速磁浮列车连续梁桥车桥耦合动力响应

考虑轨道随机不平顺的高速铁路简支梁桥竖向刚度研究

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考虑轨道随机不平顺的高速铁路简支梁桥竖向刚度研究

第十三届全国随机振动理论与应用学术会议暨第十一届全国随机动力学学术会议

作者：陈绪黎向活跃李永乐西南交通大学

用ARMAX(Auto Regression and Moving Average with eXogenous)模型代替车-桥垂向耦合振动方程,预测车体竖向加速度时程;考虑轨道随机不平顺的影响,基于ARMAX代理模型获得舒适性超越概率水平下的车体竖向加速度,通过下降桥梁竖向刚度直... 详细信息

用ARMAX(Auto Regression and Moving Average with eXogenous)模型代替车-桥垂向耦合振动方程,预测车体竖向加速度时程;考虑轨道随机不平顺的影响,基于ARMAX代理模型获得舒适性超越概率水平下的车体竖向加速度,通过下降桥梁竖向刚度直至车体加速度超过限值,以车辆响应超限时的桥梁模型按规范要求加载,得到桥梁的竖向刚度限值,研究车辆类型、车速和跨度等因素对桥梁竖向刚度的影响,并与规范的刚度限值进行对比分析。结果显示,代理模型较直接MCS(Monte-Carlo simulation)的计算效率约高出3个数量级,最大预测误差不超过5%;车体质量越小、车速越大、设计车速低较设计车速高的车型以及简支梁桥跨度越大,桥梁竖向刚度限值要求均更严格;综合各种因素,针对跨度不超过40m的简支梁桥,车速为400km/h时,建议竖向挠度限值为L/1700(L为桥梁跨度),梁端转角限值仍然按规范既有规定取值。

关键词：车-桥耦合轨道随机不平顺桥梁竖向刚度 ARMAX 代理模型

来源： cnki会议评论

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400km/h高速铁路桥梁动力系数研究

世界桥梁 2020年第S01期48卷 94-99页

作者：陈绪黎许三平向活跃李永乐张玲西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 轨道交通智慧桥梁技术湖北省工程研究中心湖北武汉430063

为研究通行400km/h高速列车时桥梁的动力性能,采用车-桥耦合振动方法,分析车速、车辆编组、车辆载重3种车辆因素和跨度、桥梁竖向基频、桥型3种桥梁结构因素对400km/h高速铁路桥梁动力系数的影响。结果表明:车速增加到一定程度将出现车... 详细信息

为研究通行400km/h高速列车时桥梁的动力性能,采用车-桥耦合振动方法,分析车速、车辆编组、车辆载重3种车辆因素和跨度、桥梁竖向基频、桥型3种桥梁结构因素对400km/h高速铁路桥梁动力系数的影响。结果表明:车速增加到一定程度将出现车桥竖向共振的风险;跨度一定时,桥梁竖向振动基频越大动力系数越小;多数工况下16车编组时桥梁的动力系数较8车编组时大,车辆空载时桥梁的动力系数较车辆满载时大。

关键词： 400km/h高速铁路高速铁路桥动力系数车-桥耦合振动车辆因素桥梁结构因素