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多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

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桥梁建设 2017年第1期47卷 41-46页

作者：徐昕宇李永乐陈科宇陈克坚西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间... 详细信息

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。

关键词：多线铁路斜拉桥双车交会风-车-桥耦合振动加速度位移扭转角

简支箱梁桥上列车交会气动特性及风-车-桥耦合振动分析

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简支箱梁桥上列车交会气动特性及风-车-桥耦合振动分析

作者：谭懿玲西南交通大学

学位级别：硕士

随着高速铁路的大力建设,其覆盖的范围越来越广,高速铁路出行比选择其他交通工具如汽车、普通铁路等更节约时间,效率更高,成为了人们中、长途出行的主要选择方式,因此高速铁路运行的安全性和舒适性也是大家越来越关注的问题。移动列车... 详细信息

随着高速铁路的大力建设,其覆盖的范围越来越广,高速铁路出行比选择其他交通工具如汽车、普通铁路等更节约时间,效率更高,成为了人们中、长途出行的主要选择方式,因此高速铁路运行的安全性和舒适性也是大家越来越关注的问题。移动列车的动力响应会受到桥梁和列车自身振动、作用于列车表面的风荷载、导轨轨面不平整等因素的影响。在两辆相向而行的列车交会过程中,横向风作用在背风侧车体上的荷载会突然发生改变,极大提升了列车运行的不安全性,也会降低乘客乘坐的舒适度感受,所以文中开展了对列车交会气动特性和列车交会动力响应的研究与分析。本文分别通过风洞实验、计算流体力学数值模拟方法(CFD)以及基于风-车-桥耦合振动理论编写的Matlab程序,对列车交会过程中的气动特性及列车动力响应进行分析,主要研究内容与结论如下:1、通过风洞实验对双车交会的动静态测试作对比分析,得出静态测试的升力系数小于动态测试的升力系数,而静态测试的侧向力系数以及力矩系数大于动态测试所测得的值。2、通过风洞实验测试结果得出:车辆运行的速度对双车交会影响区域的长度影响较大,而来流风速对双车交会影响区域的长度影响较小。对于气动力的突变量,在双车交会过程中的气动力突变量随着来流风速的增大而增大,而对于气动力系数的突变量,随着风向角增大,升力系数的突变量与风向角呈正相关,侧向力系数的突变量与之规律相反,力矩系数的突变量亦然。为了便于以后的工程应用,通过曲线拟合了气动力系数突变量与偏航角的规律并得出相应公式。3、采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法和重叠网格技术,对列车在桥上运行时得到双车交会过程进行动态模拟,对在有侧向风作用下的车体表面压力分布进行研究,解释了在双车交会过程中气动力和气动力系数的变化规律。4、依据风-车-桥耦合振动分析理论自编计算程序对列车在双车交会过程中的列车动力响应的变化规律进行探究得出:当列车的车辆运行的速度一定时,列车的动力响应(包括列车的横、竖向轮对接触力;横、竖向加速度;脱轨系数和横、竖向Sperling指标)在双车交会的过程中,波动幅值随着来流风速的增大而增大。当列车的来流风速一定时,列车的横向轮对接触力、横向加速度和脱轨系数在双车交会过程中的波动幅值随着车辆运行的速度的增大而增大,列车的竖向轮对接触力和竖向加速度在双车交会过程中的波动幅值随着车辆运行的速度的增大而减小。

关键词：简支梁桥 CRH3动车组风洞实验计算流体力学风-车-桥耦合振动

超大跨度公轨两用斜拉桥风—车—桥耦合振动研究

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超大跨度公轨两用斜拉桥风—车—桥耦合振动研究

作者：苗永抗中南大学

学位级别：硕士

摘要：超大跨度斜拉桥作为与悬索桥最具竞争力的桥型,在千米级跨径上越来越受到工程界的青睐,但是随着结构的创新和跨径的增大,各种不确定性因素也显著增加。本文以国家自然科学基金项目“强风环境下高速铁路车-桥系统气动特性和抗倾覆... 详细信息

摘要：超大跨度斜拉桥作为与悬索桥最具竞争力的桥型,在千米级跨径上越来越受到工程界的青睐,但是随着结构的创新和跨径的增大,各种不确定性因素也显著增加。本文以国家自然科学基金项目“强风环境下高速铁路车-桥系统气动特性和抗倾覆性能风洞试验研究(51178471)”内容为主线,以主跨1092m沪通铁路长江大桥为工程背景,完成了风荷载作用下的大跨度斜拉桥与列车的耦合振动计算分析,主要工作及成果有：1.综述了大跨度斜拉桥的发展历程,讨论了国内外铁路桥梁动力问题及列车走行性的研究进展,阐述了超大跨度斜拉桥风-车-桥耦合振动研究的必要性。2.针对超大跨度斜拉桥的结构特点,以沪通铁路长江大桥为工程背景,建立了风-车-桥时变系统空间振动精细化仿真模型。3.对无风状况下的多线行车方案进行计算与分析,结果表明：列车运行时,主梁跨中最大横、竖向动位移满足刚度要求,各行车方案均具有良好的动力特性及列车走行性。4.对强风作用下的耦合系统进行计算与分析,得出了满足列车运行管制规程要求的风速-车速关系曲线,为超大跨度斜拉桥的运营管制提供了理论依据。

关键词：超大跨度斜拉桥脉动风场轨道不平顺风-车-桥耦合振动动力响应

侧风对大跨度城轨斜拉桥车-桥耦合振动的影响及其对策研究

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应用力学学报 2021年第3期38卷 958-964页

作者：何玮郭向荣朱志辉安徽建筑大学土木工程学院合肥230601 中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室长沙410075

对于城轨斜拉桥的车-桥系统,城轨车辆的气动特性和动力特性不同于普通铁路车辆,而其主梁尺寸和刚度也不同于普通铁路桥梁。考虑到不同类型桥梁和车辆的组合,抗风行车准则也不同,本文针对大跨度城轨斜拉桥,采用风洞试验获取列车与桥梁主... 详细信息

对于城轨斜拉桥的车-桥系统,城轨车辆的气动特性和动力特性不同于普通铁路车辆,而其主梁尺寸和刚度也不同于普通铁路桥梁。考虑到不同类型桥梁和车辆的组合,抗风行车准则也不同,本文针对大跨度城轨斜拉桥,采用风洞试验获取列车与桥梁主梁气动力系数并建立风-车-桥系统耦合振动方程,研究了强侧风对城轨专用斜拉桥车-桥耦合振动的影响并提出了相应的防风对策。结果表明:在强侧风环境下城轨车辆所受侧向风荷载通过轮轨接触间接作用在桥梁上,会对桥梁动力响应产生较大影响;当桥面平均风速低于30m/s时,可以通过降低车速来保证城轨车辆过桥时的行车安全;但当桥面平均风速高于30m/s时,需要在桥面设置风屏障来保证行车安全。

关键词：城轨桥梁强侧风城轨车辆风-车-桥耦合振动

脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第4期54卷 1393-1406页

作者：严磊李嘉隆何旭辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-... 详细信息

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明:中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度。因此,中央扣可以有效提高悬索桥跨中短吊索的疲劳寿命。

关键词：悬索桥风-车-桥耦合振动中央扣动力特性缆梁相对位移疲劳损伤

大跨度公路悬索桥涡振条件下驾驶员全身振动研究

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土木工程学报 2023年第8期56卷 60-74,84页

作者：朱金李涵熊籽跞李永乐西南交通大学四川成都610031

作为大跨度悬索桥在服役期间最主要的风致振动灾害之一,涡振会显著降低桥上驾驶员的人体振动舒适度。文章开展了大跨度悬索桥在涡振条件下,车辆在桥上行驶过程中车内驾驶员全身振动及影响因素的研究。首先,基于传统的风-车-桥耦合振动... 详细信息

作为大跨度悬索桥在服役期间最主要的风致振动灾害之一,涡振会显著降低桥上驾驶员的人体振动舒适度。文章开展了大跨度悬索桥在涡振条件下,车辆在桥上行驶过程中车内驾驶员全身振动及影响因素的研究。首先,基于传统的风-车-桥耦合振动分析理论,通过引入简谐涡激力模型模拟桥梁的涡振,利用ANSYS和MATLAB混合编程技术建立了大跨度公路悬索桥涡振条件下风-车-桥耦合振动模型。其次,提出了基于国际标准评价法ISO 2631-1∶1997(E)的人体全身振动评价方法,包含舒适度和晕动病的评价两个方面。然后,基于已建立的风-车-桥耦合振动模型和人体全身振动评价方法,以一座大跨度公路悬索桥为例,围绕舒适度和晕动病对涡振条件下桥上驾驶员的全身振动进行了评价并分析了影响因素,且在此基础上,进一步研究了基于晕动病的大跨度悬索桥的涡振限值。研究结果如下:对于驾驶员舒适度,路面粗糙度是其主要影响因素,即路面粗糙度的增加会显著降低驾驶员的舒适度。对于驾驶员晕动病,桥梁的涡振是其主要影响因素,即随着涡振振幅的增加,桥上驾驶员的晕动病评价指标呈线性增加的规律;而随着涡振频率的增加,桥上驾驶员的晕动病评价指标呈现出先增加、后减小的非线性变化规律。最后,基于驾驶员晕动病指标,文章提出了针对大跨度悬索桥可能发生的不同涡振模态对应的涡振限值。

关键词：桥梁工程涡激共振全身振动舒适度晕动病风-车-桥耦合振动涡振限值

风和车流作用下悬索桥纵向减振及阻尼器参数优化

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基于列车走行性的斜拉桥竖弯涡振振幅限值研究

振动工程学报 2022年第4期35卷 989-1000页

作者：张少强钱逸哲朱金李永乐中电建路桥集团有限公司北京 100048 西南交通大学桥梁工程系四川成都 610031

为了对运营阶段风和车流作用下大跨公路悬索桥进行纵向减振并对阻尼器进行参数优化,通过在已有的风?车?桥耦合振动分析系统中引入液体黏滞阻尼器单元,建立了随机风?车流?悬索桥分析系统.以一座典型山区大跨悬索桥为工程背景,采用建立的... 详细信息

为了对运营阶段风和车流作用下大跨公路悬索桥进行纵向减振并对阻尼器进行参数优化,通过在已有的风?车?桥耦合振动分析系统中引入液体黏滞阻尼器单元,建立了随机风?车流?悬索桥分析系统.以一座典型山区大跨悬索桥为工程背景,采用建立的分析系统对比分析了布置阻尼器前后加劲梁在随机风和车流作用下纵向振动的时频特性.在此基础上,进行了阻尼器的参数敏感性分析,研究了阻尼器参数的不同取值对加劲梁位移和塔底内力的影响规律.以优化全桥结构受力、降低纵向振动响应为目标,采用响应面法对阻尼器的参数进行了优化分析.研究表明:对于风、车流荷载单独以及联合作用下的加劲梁纵向振动,阻尼器均能有效降低纵向振动的幅值;但能否降低纵向振动的频率取决于纵向振动中主频的成分.设置液体黏滞阻尼器后,风、车流荷载单独或者联合作用下,加劲梁纵向位移极值和纵向累积位移均随着阻尼系数的增大和速度指数的减小呈减小趋势.此外,不同荷载工况下液体黏滞阻尼器对塔底纵向弯矩的影响规律不同:在风荷载单独作用下,阻尼器会增加塔底纵向弯矩.优化后的液体黏滞阻尼器参数建议取值区间为:阻尼系数宜取500～700 kN/(m/s)α,速度指数宜取0.3～0.5.

关键词：桥梁工程风-车-桥耦合振动加劲梁纵向减振液体黏滞阻尼器响应面法

来源：博看期刊评论

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铁道科学与工程学报 2023年第11期20卷 4233-4242页

作者：郭向荣岳道阔中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为合理确定基于列车运行安全性与乘坐舒适性的斜拉桥竖弯涡激振动幅值限值,以渝黔高铁某主跨为300 m的双塔斜拉桥为工程背景,通过刚性悬挂节段模型测力试验获取其主梁与列车气动三分力系数,采用弹性悬挂节段模型测振试验测试成桥状态下... 详细信息

为合理确定基于列车运行安全性与乘坐舒适性的斜拉桥竖弯涡激振动幅值限值,以渝黔高铁某主跨为300 m的双塔斜拉桥为工程背景,通过刚性悬挂节段模型测力试验获取其主梁与列车气动三分力系数,采用弹性悬挂节段模型测振试验测试成桥状态下主梁的涡振性能,获取桥梁的竖向涡振起振风速。将桥梁与列车视为一个整体系统,以风荷载为外部激励,以轨道不平顺为自激力,其中桥梁的涡振响应以动态轨道不平顺的形式加入,依据弹性系统动力学总势能不变值原理以及形成矩阵的“对号入座”法则建立风-车-桥耦合系统振动方程,研究桥梁发生不同振幅及初始相位竖向涡振情况下,列车以不同行车速度通过桥梁时的桥梁动力响应指标和列车脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度、Sperling舒适性指标等,确定在考虑列车运行安全性和乘坐舒适性情况下的斜拉桥竖弯涡振振幅限值。研究结果表明:列车运行速度分别为250,275,300,325和350 km/h时,该斜拉桥竖弯涡振振幅限值分别为3.5,3.0,2.5,2.3和1.8 cm。基于列车走行性计算确定的桥梁竖弯涡振振幅限值较《公路桥梁抗风设计规范》中对桥梁竖弯涡振振幅限值的规定更具参考价值,较基于车体加速度峰值及其变化率确定的桥梁竖弯涡振振幅限值更加合理。

关键词：桥梁工程斜拉桥涡振振幅限值风-车-桥耦合振动风洞试验列车走行性

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车-桥耦合振动2019年度研究进展

土木与环境工程学报（中英文） 2020年第5期42卷 126-138页

作者：李小珍辛莉峰王铭傅沛瑶王党雄晋智斌朱艳西南交通大学土木工程学院成都610031 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成... 详细信息

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风车-桥耦合振动、地震车-桥耦合振动、磁浮交通车辆轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。

关键词：车-桥耦合振动车-桥耦合随机振动风-车-桥耦合振动地震-车-桥-耦合振动磁浮交通车辆轨道梁耦合振动