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一种基于Simpack和OpenSees联合仿真的地震下列车-轨道-桥梁耦合作用分析方法

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Journal of Central South University 2022年第8期29卷 2791-2806页

作者：唐建员国巍王阳李君龙曾哲峰 School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China

列车-轨道-桥梁耦合振动系统在强地震作用下,桥墩和支座容易发生破坏,桥梁结构容易进入弹塑性状态。考虑到强震作用下车-轨-桥耦合振动系统的复杂性和桥梁结构的非线性,单一软件难以满足耦合振动分析的要求。因此,本文首先基于Client-Se... 详细信息

列车-轨道-桥梁耦合振动系统在强地震作用下,桥墩和支座容易发生破坏,桥梁结构容易进入弹塑性状态。考虑到强震作用下车-轨-桥耦合振动系统的复杂性和桥梁结构的非线性,单一软件难以满足耦合振动分析的要求。因此,本文首先基于Client-Server架构,提出了一种将多体动力学软件Simpack和地震仿真开源软件OpenSees相结合的车-轨-桥耦合振动分析方法,该方法充分利用了Simpack强大的轮轨分析能力和OpenSees完善的非线性分析功能。继而,采用联合仿真和有限元整体建模仿真两种不同的仿真思路对单跨简支梁桥进行时程分析,验证了基于Simpack与OpenSees联合仿真思路的正确性和准确性。最后,采用本文提出的基于Simpack与OpenSees联合仿真的车-轨-桥空间耦合振动分析方法对地震作用下多跨桥梁的仿真进行了进一步的分析。结果表明:使用本文提出的新的车-轨-桥空间耦合振动分析方法进行地震下高速列车-轨道-桥梁耦合振动分析研究具有通用性强、准确性高等优点,可以很好地进行地震下车-轨-桥耦合振动研究。

关键词：列车-轨道-桥梁系统联合仿真车-轨-桥空间耦合振动分析方法(SOTTB) Client-Server技术运行安全

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地震作用下高速铁路桥上行车动态试验系统

Journal of Central South University 2022年第8期29卷 2485-2501页

作者：刘汉云余志武国巍蒋丽忠 School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China

我国高速铁路运营面临强地震的潜在危险,“以桥代路”的线路设计理念导致强地震发生时高速列车运行于桥梁上的概率大幅度增加,当前已开展了较为系统的理论和数值研究,然而研究结论缺少试验验证,缺乏进行地震下高速铁路桥上行车测试的试... 详细信息

我国高速铁路运营面临强地震的潜在危险,“以桥代路”的线路设计理念导致强地震发生时高速列车运行于桥梁上的概率大幅度增加,当前已开展了较为系统的理论和数值研究,然而研究结论缺少试验验证,缺乏进行地震下高速铁路桥上行车测试的试验系统。基于此,提出了一种在实验室内测试地震作用下高速铁路桥上行车的动态试验系统(DTS),详细讨论了该动态试验系统的关键技术问题,完成了缩尺模型试验参数的相似设计,给出了详细的系统整体设计方案,并通过演示试验和数值仿真对比分析,验证了该试验系统的准确有效性。该动态试验系统可为地震作用下高速铁路桥上行车安全研究提供了切实可行的物理模拟方法,并可为国内外相关系统的建设提供参考。

关键词：强震高速铁路振动台动态试验系统相似设计桥梁

Preface to the special issue on driving safety and assurance technology for running vehicles on bridges

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Journal of Central South University 2022年第8期29卷 2431-2433页

作者：邹云峰国巍 Department of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China

With the bridge construction achieving a huge leap, the dynamic interaction between moving vehicles and bridges is an important factor affecting the structural performance of the bridge and the comfort and safety of t... 详细信息

关键词： bridges driving safety

负弯矩作用下考虑栓钉转动约束效应的钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

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Journal of Central South University 2022年第9期29卷 3158-3170页

作者：蒋丽忠聂磊鑫周旺保吴霞刘丽丽 School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center for high-speed railway construction technology Central South UniversityChangsha 410075China

约束畸变屈曲是负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁的重要屈曲模式,其中钢梁腹板对钢梁底板的转动变形和侧向变形的约束是影响钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲的重要因素。基于势能驻值原理,推导了腹板上边缘转动约束刚度、底板转动约束刚度和侧... 详细信息

约束畸变屈曲是负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁的重要屈曲模式,其中钢梁腹板对钢梁底板的转动变形和侧向变形的约束是影响钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲的重要因素。基于势能驻值原理,推导了腹板上边缘转动约束刚度、底板转动约束刚度和侧向约束刚度计算公式,建立了负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲临界弯矩计算公式。基于20个算例,将本文理论计算方法与有限元数值计算方法进行了比较,结果表明:理论计算方法可以有效准确考虑栓钉、钢梁上翼缘等因素对钢梁底板的约束作用;钢梁底板转动约束刚度和侧向约束刚度均与外荷载和腹板上边缘转动约束刚度呈非线性耦合关系;在负弯矩作用下,腹板上边缘转动约束刚度对组合箱梁畸变屈曲临界弯矩有一定影响,组合箱梁畸变屈曲临界弯矩随腹板上边缘转动约束刚度的增大呈先增大后趋于稳定的趋势。

关键词：钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲弹性转动约束边界侧向约束刚度屈曲弯矩

基于贝叶斯自优化Bi-LSTM组合网络的高速铁路轨道-桥梁系统震后响应预测方法

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Journal of Central South University 2024年第3期31卷 965-975页

作者：彭康蒋丽忠周旺保余建向平吴凌旭 national engineering research center of high-speed railway construction technology Central South UniversityChangsha 410075China

中国高速铁路(HSR)规划建设逐渐向地震易发地区延伸,亟需一种及时、准确的灾后地震响应快速预测方法,以实现高速铁路系统运输生命线安全的快速评估。本文提出了一种基于贝叶斯自优化双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络的快速预测方法,以经过... 详细信息

中国高速铁路(HSR)规划建设逐渐向地震易发地区延伸,亟需一种及时、准确的灾后地震响应快速预测方法,以实现高速铁路系统运输生命线安全的快速评估。本文提出了一种基于贝叶斯自优化双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络的快速预测方法,以经过实验验证的高速铁路轨道-桥梁系统有限元模型地震动响应计算数据为样本,将预测地震响应和有限元计算结果进行比较,验证所提方法的精度和鲁棒性,表明该方法在预测高速铁路桥梁结构的非线性地震反应方面是有效的,且高速铁路轨道-桥梁系统的不同预测位置对预测精度的影响不明显;此外,为了降低神经网络训练数据量需求,提出了一种基于离散小波分解的分层聚类算法,结果表明,基于小波分解的分层聚类方法在保证预测精度的同时,有效地减少了训练地震集的输入数量。

关键词：高速铁路轨道-桥梁系统贝叶斯优化 Bi-LSTM神经网络离散小波分解聚类分析

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轨道不平顺小样本全信息表达的联合模拟方法

中南大学学报:英文版 2023年第9期30卷 3113-3126页

作者：朱志辉李宇森周高扬刘禹兵郑纬奇 national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China China railway Siyuan Survey and Design Group Co. Ltd.Wuhan 430063China

针对传统方法需要生成大量轨道不平顺样本才能涵盖所有随机特征,但样本数多又会导致计算效率低的问题,本文提出了一种自适应采样法(ASM)与改进的第二类随机谐和函数法(MSHF)结合的轨道不平顺模拟的联合方法。ASM自适应选取符合轨道不平... 详细信息

针对传统方法需要生成大量轨道不平顺样本才能涵盖所有随机特征,但样本数多又会导致计算效率低的问题,本文提出了一种自适应采样法(ASM)与改进的第二类随机谐和函数法(MSHF)结合的轨道不平顺模拟的联合方法。ASM自适应选取符合轨道不平顺功率谱密度函数(PSD)谱概率分布的高代表性样本点,从而减少样本数量;之后在SHF中添加一类符合谱概率分布的独立变量进行改进,通过将ASM选取的样本点代入新增变量,实现了轨道随机不平顺的时域小样本全信息表达。以车轨桥耦合系统(TTBS)随机动力分析为例,与传统一次性采样和SHF方法相比,本文方法在提高精度的同时可以减少41.67%的计算时间。

关键词：自适应采样法随机谐和函数法轨道不平顺谱概率分布随机动力分析列车-轨道-桥梁耦合系统

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激发剂对碱矿渣-粉煤灰浆体流变性能的影响

Journal of Central South University 2022年第1期29卷 282-295页

作者：元强黄艳玲黄庭杰姚灏吴启红 School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China National Engineering Research Center of of High Speed Railway Construction Technology Changsha 410075China School of Architecture and Civil engineering Chengdu UniversityChengdu 610106China

为满足现代工程应用的要求,需要精确控制碱激发水泥(AAC)流变性能的时变特性。本文研究了激发剂Na_(2)O浓度和SiO_(2)/Na_(2)O(S/N)摩尔比对碱激发矿渣-粉煤灰浆体流变性能的影响。采用小幅震荡剪切测试(SAOS)和旋转剪切法评价了浆体的... 详细信息

为满足现代工程应用的要求,需要精确控制碱激发水泥(AAC)流变性能的时变特性。本文研究了激发剂Na_(2)O浓度和SiO_(2)/Na_(2)O(S/N)摩尔比对碱激发矿渣-粉煤灰浆体流变性能的影响。采用小幅震荡剪切测试(SAOS)和旋转剪切法评价了浆体的结构构筑和流动性。通过zeta电位测定、等温量热分析和热重分析,揭示了新拌浆体流变性能演化的物理化学机理。结果表明,高Na_(2)O浓度和低S/N摩尔比提高了浆体的流动性和结构构筑速率。碱矿渣-粉煤灰浆体的结构构筑分为两个阶段,分别受固体反应物溶解和C-(A)-S-H凝胶形成的控制。

关键词：碱激发矿渣-粉煤灰激发剂 zeta电位流变结构构筑

Vertical temperature gradients of concrete box girder caused by solar radiation in Sichuan-Tibet railway

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & engineering) 2022年第5期23卷 375-387页

作者： Tao SHI Xing-wang SHENG Wei-qi ZHENG Ping LOU School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China MOE Key Laboratory of engineering Structures of Heavy Haul railway Central South UniversityChangsha 410075China

Spatial and temporal temperature variations are critical for concrete box girders,and non-uniform temperature distributions induced by solar radiation depend on the structural shapes and shadows cast on them.There have been many studies of temperature distributions and temperature gradients of concrete box girders,but few have considered a high altitude plateau climatic environment.In this study,the nonlinear temperature distributions of concrete box girders in the Sichuan-Tibet railway caused by solar radiation were investigated based on experimental analysis,real-time shadow-selection algorithm,and finite element method.Furthermore,a vertical temperature gradient model of the concrete box girders was obtained.The vertical temperature gradient values first rise,then decrease,and finally rise again from Chengdu to Lhasa,with samples forming a normal distribution.The recommended vertical temperature gradient value was 25℃with a confidence interval of 95%.This provides a reference for the design and maintenance of concrete box girders on the Sichuan-Tibet railway.

关键词： Concrete box girder Solar radiation Temperature gradient Sichuan-Tibet railway Probability statistics

砂浆层离缝对高速铁路轨道-桥梁系统自振频率的影响分析

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Journal of Central South University 2022年第8期29卷 2807-2819页

作者：刘韶辉蒋丽忠周旺保冯玉林 School of Civil engineering Central South UniversityChangsha 410075China national engineering research center of high-speed railway construction technology Changsha 410075China School of Civil engineering and Architecture East China Jiaotong University Nanchang 33013China

在哈密顿原理的基础上,推导综合考虑剪切变形、层间脱空影响的轨道-桥梁系统自由振动控制微分方程及边界条件,提出轨道-桥梁系统自振频率计算方法。基于本文所提计算方法,讨论轨道-桥梁系统弯曲刚度、砂浆层竖向、纵向刚度、脱空位置以... 详细信息

在哈密顿原理的基础上,推导综合考虑剪切变形、层间脱空影响的轨道-桥梁系统自由振动控制微分方程及边界条件,提出轨道-桥梁系统自振频率计算方法。基于本文所提计算方法,讨论轨道-桥梁系统弯曲刚度、砂浆层竖向、纵向刚度、脱空位置以及脱空长度对轨道-桥梁系统自振频率的影响规律。研究结果表明:轨道-桥梁系统固有频率对桥梁层抗弯刚度变化更为敏感;砂浆层纵向刚度和离缝位置变化对轨道-桥梁系统自振频率影响不明显,层间竖向刚度对系统自振频率影响显著;脱空长度变化对轨道-桥梁系统4-5阶固有频率影响更明显,受脱空影响的轨道-桥梁系统自振频率范围随脱空长度增大而增大。

关键词：剪切变形轨道-桥梁系统砂浆层离缝自振频率