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铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 10-20页

作者：封周权范周健井昊坤张弘毅陈政清万田保风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 桥梁工程安全与韧性全国重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统... 详细信息

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

关键词：铁路悬索桥梁端纵向运动控制混合阻尼减振低指数黏滞阻尼器电涡流阻尼器

复合空间索对大跨度铁路悬索桥横向刚度影响的研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 148-154,164页

作者：向活跃陶宇汪镇钟进坤李永乐西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室成都611756 西南交通大学桥梁工程系成都610031

为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度,提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后,基于材料有效利用率和静力分析,对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后,采用风-车-桥耦... 详细信息

为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度,提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后,基于材料有效利用率和静力分析,对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后,采用风-车-桥耦合振动分析法,基于行车性能得到了桥梁横向挠跨比限值,分析了主、副斜拉索对横向挠跨比限值提升率的影响。结果表明:基于材料有效利用率,主斜拉索与加劲梁的锚点位置宜设在1/4主跨附近,且主斜拉索的地表锚点、加劲梁锚点与桥塔的垂直距离相等时最优,每组复合空间索中副斜拉索设置1根即可;在复合空间索的最优布置形式下,桥梁横向挠跨比可降低14.18%,横向挠跨比限值可提升16.79%。

关键词：复合空间索铁路悬索桥风-车-桥系统横向挠跨比横向挠跨比限值

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铁路悬索桥大吨位隧道锚承载性能分析

铁道学报 2013年第8期35卷 88-93页

作者：江南冯君西南交通大学土木工程学院四川成都610031

丽香铁路金沙江大桥是我国首座采用大吨位隧道式锚碇的铁路悬索桥。本文采用三维弹塑性有限元方法对隧道锚的变形机理、承载能力以及围岩稳定状态进行分析。研究结果表明:在正常缆力作用下,锚碇体及周围岩体的位移均处于毫米量级,远小... 详细信息

丽香铁路金沙江大桥是我国首座采用大吨位隧道式锚碇的铁路悬索桥。本文采用三维弹塑性有限元方法对隧道锚的变形机理、承载能力以及围岩稳定状态进行分析。研究结果表明:在正常缆力作用下,锚碇体及周围岩体的位移均处于毫米量级,远小于悬索桥塔顶允许位移;锚碇体整体表现为以前底板为支点,锚碇体后部向上转动和整体向前滑移的变形模式;锚碇体及围岩绝大部分处于三向受压状态,只是在锚碇底端与下部围岩的接触部分,以及顶拱与边墙交界处局部范围内存在拉应力,建议在这些部位采取措施重点加强;基于超载极限分析法计算得到锚碇体的整体抗滑安全系数在9以上。有限元分析结果为铁路悬索桥隧道锚的优化设计提供了理论依据。

关键词：隧道式锚碇铁路悬索桥数值极限分析变形机理

复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险因素及管控研究

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复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险因素及管控研究

作者：尹洋中南大学

学位级别：硕士

复杂艰险地区因其恶劣气候、复杂地势、极端地质、脆弱生态等问题,对铁路桥梁工程建设造成了极大的阻碍。本文针对复杂艰险地区铁路悬索桥建设过程中存在着迫切的技术研发和技术风险管控需求,识别技术风险因素及潜在隐患,明晰技术风险... 详细信息

复杂艰险地区因其恶劣气候、复杂地势、极端地质、脆弱生态等问题,对铁路桥梁工程建设造成了极大的阻碍。本文针对复杂艰险地区铁路悬索桥建设过程中存在着迫切的技术研发和技术风险管控需求,识别技术风险因素及潜在隐患,明晰技术风险因素及隐患间关系,分析技术风险发生机理,提出技术风险管控机制与管控措施。主要开展以下研究工作:(1)基于文献检索、资料分析、专家访谈等方法,识别了复杂艰险地区铁路悬索桥建设关键技术及技术风险因素;基于识别结果和问卷调查结果,构建了复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险解释结构模型,并对因素及潜在隐患间相互关系进行了分析。(2)基于技术风险解释结构模型,建立了以铁路悬索桥建设技术风险因素及潜在隐患为节点的贝叶斯网络结构;考虑各节点属性及特征,结合专家经验,计算了根节点的先验概率和非根节点的条件概率,构建了铁路悬索桥建设技术风险贝叶斯网络模型,通过对模型进行分析,明晰了技术风险发生机理和关键风险链;基于铁路悬索桥建设技术风险因素间的强耦合性特征,分析了技术风险因素的耦合机理,应用N-K模型对各因素组合的耦合效应进行了度量,识别了耦合效应较强的技术风险因素组合。(3)借鉴双重预防机制风险管控思想,提出了复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险管控机制和管控措施。技术风险管控机制包括技术风险解耦和建设技术管理两个维度,技术风险管控措施包括建设技术比选、施工组织设计、施工过程管控、技术风险监测和建设技术优化五个方面。研究成果为复杂艰险地区铁路桥梁工程建设技术风险管控提供了理论指导和方法借鉴。图26幅,表34个,参考文献115篇

关键词：复杂艰险地区铁路悬索桥技术风险解释结构模型贝叶斯网络 N-K模型

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列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用研究

列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用研究

作者：张锐中南大学

学位级别：硕士

本文以我国首座铁路悬索桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立了悬索桥梁轨一体化动力分析模型,主要在静力和动力分析下研究了列车制动下铁路悬索桥梁轨相互作用响应,探究了加载长度、加载位置、制动力率对梁轨静力相互作用的影响,制... 详细信息

本文以我国首座铁路悬索桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立了悬索桥梁轨一体化动力分析模型,主要在静力和动力分析下研究了列车制动下铁路悬索桥梁轨相互作用响应,探究了加载长度、加载位置、制动力率对梁轨静力相互作用的影响,制动停车位置、行车方向、制动初速度以及钢轨伸缩调节器、粘滞阻尼器对梁轨动力相互作用的影响。主要的研究内容和相关结论如下:(1)总结归纳梁轨相互作用相关理论研究,建立了铁路悬索桥梁轨一体化模型。为确保所建立模型满足悬索桥以及后续梁轨相互作用研究分析的基本要求,对所建立的模型进行了悬索桥成桥状态以及梁轨相互作用模型验证分析。研究结果表明所建立的模型符合悬索桥建模相关要求,可用于后续分析梁轨相互作用静力、动力响应。(2)基于建立的梁轨一体化分析模型,将列车制动力作为静力荷载考虑,分析了加载长度、加载位置以及制动力率对仅制动、仅挠曲和制动+挠曲三种工况下梁轨相互作用的影响,并对三种加载工况下的梁轨相互作用进行对比分析以研究三者之间的联系。研究结果表明,加载长度、加载位置对三种加载工况均会产生一定的影响,制动力率对仅制动和制动+挠曲工况在不同加载位置产生不同的影响。由于挠曲力的存在,制动+挠曲工况在不同制动力率下的梁轨相互作用分布规律与仅制动下存在较大差别。在不同加载长度下,制动+挠曲工况在不同范围内的分布规律与仅制动、仅挠曲存在联系与区别。同理,在不同加载位置处,制动+挠曲工况在不同范围内的分布规律与仅制动、仅挠曲基本一致。(3)依据CRH2型动车组列车制动基本原理,运用MATLAB计算其列车制动力时程曲线;结合ANSYS中的模态分析确定结构阻尼,运用瞬态动力学分析法将列车制动力视作动力施加于结构上,从而分析研究在仅制动、制动+挠曲工况下的梁轨相互作用动力响应并进行动静对比分析,同时探究部分桥梁结构在该制动过程中所发生的行为响应。具体的研究结果如下:在仅制动、制动+挠曲工况下,其梁轨相互作用的动力放大系数均大于1。因此,在实际情况中,应具体分析整个制动过程,将其在动力学范畴内进行研究。在该制动过程中,梁端位移、塔顶纵向位移以及塔底剪力三种结构行为变化规律与制动力时程曲线保持相同的趋势,均在30.4s(制动力突然消失的时刻)发生突变。(4)从列车自身与桥梁结构两方面探究了列车制动停车位置、行车方向、制动初速度以及钢轨伸缩调节器(REJ)、粘滞阻尼器(NVD)对列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用的影响并进行动静对比分析。研究结果表明:在北桥塔、跨中、南桥塔三处不同制动停车位置处,在跨中处停车所产生的动力响应最大,在主桥范围内动力分析的响应更加明显。与行车方向为镇江南侧相比,沿连云港北侧方向的梁轨相互作用效应更加不利;同时在沿连云港北侧方向,梁轨相互作用动力放大系数均大于1。不同制动初速度下,初速度越大,其产生的梁轨相互作用越不利。当在桥上设置REJ时,桥梁结构对纵向位移响应更加明显;对于未设置REJ来说,最大梁轨纵向相对位移的动力放大系数分别为2.11、2.33。当未设置NVD时,桥上的钢轨附加应力、梁轨纵向相对位移明显增大;动静对比分析下该工况的钢轨附加应力、梁轨纵向相对位移动力放大系数均大于1。因此,在研究分析不同因素对铁路悬索桥梁轨相互作用响应的影响时,应关注动力分析下各种因素的影响。图99幅,表64个,参考文献113篇

关键词：铁路悬索桥梁轨相互作用列车制动力时程曲线瞬态动力学分析对比分析

铁路悬索桥设计活载模式与结构合理刚度标准研究

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铁道建筑 2020年第12期60卷 1-4页

作者：辛杰中国国家铁路集团有限公司建设管理部北京100084

以连镇铁路五峰山长江大桥和丽香铁路金沙江大桥2座铁路悬索桥为研究对象,从实际列车的加载长度、开行间隔、车桥耦合振动响应进行分析,结合理论计算初步确定大跨度悬索桥合理的活载模式和刚度指标。结果表明,大跨度铁路悬索桥活载模式... 详细信息

以连镇铁路五峰山长江大桥和丽香铁路金沙江大桥2座铁路悬索桥为研究对象,从实际列车的加载长度、开行间隔、车桥耦合振动响应进行分析,结合理论计算初步确定大跨度悬索桥合理的活载模式和刚度指标。结果表明,大跨度铁路悬索桥活载模式应考虑线路的设计运能、牵引能力、到发线长度等因素,合理确定活载模式。对于高速铁路超大跨度桥梁,只开行动车组时,列车荷载图式加载长度建议取450 m,同时开行普通客运列车时,列车荷载图式加载长度建议取550 m。结构的竖向挠跨比、横向挠跨比可结合车桥耦合动力分析、轨道几何形位分析等方面确定一个合理的刚度标准。

关键词：公铁两用桥铁路悬索桥活载模式刚度内力

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

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铁道建筑 2019年第1期59卷 14-19页

作者：郭辉苏朋飞赵欣欣刘晓光乐思韬中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为... 详细信息

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。

关键词：铁路悬索桥梁端变位设计荷载横向位移横向折角结构约束体系

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

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建筑科学与工程学报 2014年第3期31卷 32-37页

作者：李永乐王云飞周昱何庭国西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置... 详细信息

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明:设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。

关键词：辅助墩铁路悬索桥地震响应车-桥耦合振动动力响应

大跨度铁路悬索桥在列车制动过程中的结构行为分析

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大跨度铁路悬索桥在列车制动过程中的结构行为分析

作者：王江浩西南交通大学

学位级别：硕士

我国幅员辽阔,在铁路建设过程中,不可避免地要通过大江、大河和大峡谷。在一些有水上通航要求的江河上,需要建设大跨度桥梁时,可选用悬索桥。在特殊的大峡谷中,拱桥方案无法满足跨度要求,斜拉桥边跨又太短,为了施工更安全、结构体系更合... 详细信息

我国幅员辽阔,在铁路建设过程中,不可避免地要通过大江、大河和大峡谷。在一些有水上通航要求的江河上,需要建设大跨度桥梁时,可选用悬索桥。在特殊的大峡谷中,拱桥方案无法满足跨度要求,斜拉桥边跨又太短,为了施工更安全、结构体系更合理,可以考虑一跨过峡谷的悬索桥方案。列车在桥上行驶时,不可避免地会出现制动的情况,而现在大多数针对列车过桥的研究都是在列车匀速过桥的基础上开展的。对于铁路悬索桥这种具有强烈非线性的结构,制动力在桥上的传递方式以及制动力对桥梁结构的影响需要进一步研究。论文主要研究内容、方法和成果如下：利用有限元软件ANSYS建立铁路悬索桥的全桥模型,结合相应的轨道结构参数,建立完善的线-桥结构模型。将简化的列车荷载加载到线-桥模型上,分析列车在不同位置制动时,制动力在线-桥结构上的传递方式。建立塔梁纵向固定约束体系、半漂浮体系、阻尼体系三种悬索桥结构,打开ANSYS中的大变形功能,分别考虑列车在桥上制动和列车匀速过桥的情况,分析制动力作用下结构的静力响应。建立列车制动力随时间变化的加载模式,分析不同结构体系悬索桥在制动过程中的动力响应。当列车停止时,制动力迅速降为0,此时会对桥梁造成冲击作用。利用ANSYS中的瞬态分析功能,计算此冲击作用下桥梁主要构件的动力响应。计算结果表明,对于大跨度铁路悬索桥,挠曲力对结构影响很小,可以忽略。在制动力作用下,半漂浮体系的梁端位移和梁端速度远远大于纵向固定约束体系和阻尼体系;体系的不同,对塔顶纵向位移来说差异不大;半漂浮体系的塔底内力在三种体系中最小,纵向固定约束体系的塔底内力最大;设置阻尼器后,塔底剪力为半漂浮体系的1.53倍,为纵向固定约束体系的46.5%,塔底弯矩为半漂浮体系的1.13倍,为纵向固定约束体系的71.9%。制动完成后,在冲击的作用下,对于半漂浮体系,梁端位移和速度的衰减周期很长;对于纵向固定约束体系,梁端有轻微振动,幅度不大;阻尼体系则将冲击作用对梁端造成的影响有效的抑制了。纵向固定约束体系的塔底内力受冲击作用的影响最大,在制动完成后塔底内力会在一个较大的范围内波动,冲击作用对另外两种体系的塔底内力影响不大。在列车制动力作用下,半漂浮体系和纵向固定约束体系均有各自的优缺点,合理地选择阻尼器参数,组成阻尼体系可以充分发挥出前两种体系的优点,同时避免其缺点。

关键词：铁路悬索桥制动力结构体系静力响应动力响应