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基于振动功率流的CRTSⅡ型无砟轨道-桥梁夹层结构损伤识别方法及其应用
1
作者 郭文杰 孟尧尧 +1 位作者 冯玉林 何彬彬 《铁道学报》 北大核心 2025年第8期125-133,共9页
针对高速铁路线桥长期服役后的损伤及疲劳断裂问题,提出一种基于振动功率流的CRTSⅡ型无砟轨道-桥梁夹层结构损伤识别方法。建立多跨纵连轨道-主梁-支座-桥墩一体模型,基于Timoshenko梁理论,采用改进傅里叶级数作为位移函数,建立系统层... 针对高速铁路线桥长期服役后的损伤及疲劳断裂问题,提出一种基于振动功率流的CRTSⅡ型无砟轨道-桥梁夹层结构损伤识别方法。建立多跨纵连轨道-主梁-支座-桥墩一体模型,基于Timoshenko梁理论,采用改进傅里叶级数作为位移函数,建立系统层间构件能量方程,结合Rayleigh-Ritz法和Hamilton原理,推导出轨道桥在竖向和纵向振动下的自振频率计算公式,算例结果与有限元吻合良好。考虑位移传递率对系统损伤识别和定位效果较为一般,引入振动功率流法作为识别依据,分别分析不同构件刚度退化、层间构件损伤下系统输入、输出功率流变化曲线,以及系统存在损伤且考虑层间弹簧阻尼下功率流变化曲线。结果表明,一体模型与有限元模型的前100阶自振频率结果误差在5%以内,验证了理论计算方法的正确性;损伤结构输入、输出功率流围绕系统无损情况下的输入、输出功率流上下波动,钢轨刚度退化下的输出功率流在100 Hz及更高频范围内较无损情况下波动较为明显;考虑层间弹簧阻尼对砂浆离缝状态下的功率流变化曲线影响主要集中在100~200 Hz频段内;依据响应点输出功率流值在一定频率段是否发生突变可初步地判定此位置的损伤情况。 展开更多
关键词 能量法 损伤 TIMOSHENKO梁 振动功率流 轨道-桥梁系统
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基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析 被引量：4
2
作者 刘虎兵 宋力 +2 位作者 徐磊 蒋丽忠 余志武 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期669-680,共12页
由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系... 由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。 展开更多
关键词 直接概率积分法 列车-轨道-桥梁相互作用 随机分析 谱表达-随机函数法
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无砟轨道约束对高速铁路列车-桥梁系统地震响应的影响 被引量：7
3
作者 陈令坤 蒋丽忠 余志武 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期763-769,共7页
建立了38自由度高速列车(动车/拖车)空间振动模型,基于非线性Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑理论,引进PEER-NGA强震记录,建立地震作用下的高速铁路列车-无砟轨道/钢轨-桥梁-支座-桥墩-桩土系统精细计算模型,考虑支座刚度和桩土作用及近... 建立了38自由度高速列车(动车/拖车)空间振动模型,基于非线性Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑理论,引进PEER-NGA强震记录,建立地震作用下的高速铁路列车-无砟轨道/钢轨-桥梁-支座-桥墩-桩土系统精细计算模型,考虑支座刚度和桩土作用及近场地震效应的影响,以高速铁路32m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序,计算了有/无砟轨道约束下高速列车-桥梁时系统的地震响应。计算结果表明,不考虑三层无砟轨道时列车-桥梁系统模型由于桥梁刚度过大,列车-无砟轨道-桥梁系统的各项地震响应较列车-钢轨-桥梁系统有较大增加;对于有/无地震作用时,采用无砟轨道均可有效改进列车走行性能,近断层地震脉冲效应对有/无砟轨道约束系统动力响应及列车走行安全指标影响均较大。 展开更多
关键词 无砟轨道约束 高速铁路 列车-桥梁系统 地震响应
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无砟轨道结构层对高速铁路列车-桥梁系统动力响应的影响 被引量：2
4
作者 陈令坤 左一舟 陈亮 《铁道建筑》 北大核心 2014年第8期5-7,共3页
基于非线性弹性Hertz接触理论和Kalker蠕滑理论,建立了高速铁路列车—无砟轨道—桥梁精细化计算模型,以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序分别计算有(无)无砟轨道列车—桥梁系统的动力响应及... 基于非线性弹性Hertz接触理论和Kalker蠕滑理论,建立了高速铁路列车—无砟轨道—桥梁精细化计算模型,以高速铁路32 m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ型板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序分别计算有(无)无砟轨道列车—桥梁系统的动力响应及列车走行安全指标并作对比分析。计算结果表明:对于桥梁的动力响应,不考虑无砟轨道时结构变位等动力响应减小;对于列车的动力响应,不考虑无砟轨道时,多数列车动力响应及走行安全指标有较大增加。 展开更多
关键词 无砟轨道约束 高速铁路 列车-桥梁系统 动力响应
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轨道-连续刚构桥系统地震损伤评价
5
作者 翟展胜 《工程抗震与加固改造》 北大核心 2025年第2期105-114,共10页
以一座铁路中小跨径连续刚构桥为研究背景,考虑轨道约束效应,建立(24+24)m+(24+24+6.5+24+24)m两联CRTSⅡ型无砟轨道-连续刚构桥一体化有限元模型,研究8度三水准地震动作用下桥梁结构和轨道系统水平方向的损伤状况。结果表明:墩顶截面... 以一座铁路中小跨径连续刚构桥为研究背景,考虑轨道约束效应,建立(24+24)m+(24+24+6.5+24+24)m两联CRTSⅡ型无砟轨道-连续刚构桥一体化有限元模型,研究8度三水准地震动作用下桥梁结构和轨道系统水平方向的损伤状况。结果表明:墩顶截面比墩底截面更容易发生破坏,圆形截面是桥梁结构的薄弱构件,并且在横桥向地震作用下优先破坏;8度地震下主梁不会出现碰撞;滑动层是轨道系统最薄弱的构件,CA砂浆层次之,三者中扣件是最不易破坏的结构;轨道系统的损伤主要表现为桥梁与路基连接处以及梁缝处滑动层的破坏;主梁右侧是钢轨横向相对变形最严重的区域,在罕遇地震作用下需要采取临时补修和限速措施,而主梁左侧和梁缝处的钢轨均满足行车安全要求。 展开更多
关键词 连续刚构桥 桥梁-轨道系统 地震响应 高速铁路 损伤状况
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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 被引量：4
6
作者 彭康 蒋丽忠 +3 位作者 周旺保 余建 向平 吴凌旭 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期965-975,共11页
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... 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。 展开更多
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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地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件易损性分析
7
作者 葛新宇 张吉 田石柱 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第7期118-124,131,共8页
为对地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件损伤状态进行分析,以上海城市轨道交通11号线高架段为研究对象,通过OpenSees建立梁轨一体化抗震分析模型。选取符合目标反应谱的10条地震波进行调幅,将调幅后的地震波输入抗震分析模型... 为对地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件损伤状态进行分析,以上海城市轨道交通11号线高架段为研究对象,通过OpenSees建立梁轨一体化抗震分析模型。选取符合目标反应谱的10条地震波进行调幅,将调幅后的地震波输入抗震分析模型中;选取桥梁支座、钢轨以及轨道扣件作为轨桥系统关键部件,进行增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)并提取对应的IDA曲线,对IDA曲线进行回归分析得到支座与扣件地震概率需求模型数学表达式;提出支座、钢轨以及轨道扣件损伤状态界限值,基于正态分布假设得到支座与扣件不同损伤状态下超越概率,据此绘制易损性曲线。结果表明,罕遇地震作用下钢轨横向残余变形较小,发生轻度损伤概率为0%;当峰值加速度超过0.5g时,支座发生轻度损伤超越概率显著增加,扣件发生轻度损伤的超越概率接近100%;选取不同损伤指标对扣件进行易损性分析时,以位移幅值为损伤指标得到的扣件损伤概率更高;随着地面峰值加速度的增大,扣件有较大概率先于支座发生损伤。 展开更多
关键词 城市轨道交通 桥梁-轨道系统 支座 钢轨 扣件 增量动力分析 易损性分析
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地震作用下车辆-轨道-桥梁系统振动台台阵试验与列车预警速度阈值研究 被引量：18
8
作者 魏峰 张志方 高亮 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期101-106,共6页
针对地震作用下高速铁路桥上行车的安全性问题,设计完成车辆-轨道-桥梁大型振动台台阵缩尺模型试验,制作了1∶10车辆、轨道及桥梁结构的模型,根据缩尺模型相似定理研究了不同地震强度下列车脱轨问题,并利用数值仿真方法建立了CRH380BL... 针对地震作用下高速铁路桥上行车的安全性问题,设计完成车辆-轨道-桥梁大型振动台台阵缩尺模型试验,制作了1∶10车辆、轨道及桥梁结构的模型,根据缩尺模型相似定理研究了不同地震强度下列车脱轨问题,并利用数值仿真方法建立了CRH380BL高速列车-轨道-桥梁空间耦合动力学模型,通过对比分析试验结果与数值仿真分析结果,验证了数值分析模型的可靠性。在此基础上,以行车安全性及舒适度指标作为评判标准,利用上述仿真分析模型计算得到了不同地震强度等级下各项评价指标所对应的列车运行速度临界值,并探讨了现行规范中的地震预警阈值选取问题。研究结果表明:对于静止状态下的车体模型,在地震动峰值加速度为0.25g的ALS地震波作用下,车体将会发生脱轨。随着输入地震动峰值加速度的增大,舒适度指标最先超出限值,车辆的行车安全性指标次之,脱轨系数和舒适度指标控制的速度阈值逐渐减小,轮重减载率和横向轮轨力控制的速度阈值基本不变,舒适度指标对地震激励最为敏感,脱轨系数次之,轮重减载率和横向轮轨力最不敏感。在输入地震波的峰值加速度≤50gal时,车辆运行速度临界值取决于列车舒适度指标,速度阈值为160km/h;当输入地震波的峰值加速度达到60gal时,速度阈值降为140km/h;当输入地震波的峰值加速度达到80gal时,速度阈值降至140km/h以下,出于安全考虑建议此时采取紧急停车措施。 展开更多
关键词 高速铁路 车辆-轨道-桥梁系统 行车安全 振动台台阵 数值仿真 速度阈值
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基于FE-SEA混合法的无砟轨道桥梁系统垂向振动分析 被引量：5
9
作者 罗文俊 雷晓燕 练松良 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期94-101,共8页
针对高架桥CRTSⅡ型无砟轨道结构特点,建立有限元法(FEM)与统计能量(SEA)混合法的轨道振动仿真新模型。对两车通过随机不平顺条件下轨道桥梁系统的动力响应进行计算,分析随机不平顺波长对无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响。分析结果表明... 针对高架桥CRTSⅡ型无砟轨道结构特点,建立有限元法(FEM)与统计能量(SEA)混合法的轨道振动仿真新模型。对两车通过随机不平顺条件下轨道桥梁系统的动力响应进行计算,分析随机不平顺波长对无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响。分析结果表明:随机不平顺波长对轨道结构、速度幅值有一定影响;对轮轨垂向力、钢轨垂向振动加速度、轨道板垂向振动加速度幅值影响很大,且短波随机不平顺的影响远大于长波随机不平顺,对桥梁振动加速度也有一定影响;短波随机不平顺激励下钢轨振动能量主要分布在中高频,在一阶固有频率(1 236Hz)附近达到最大值,中长波随机不平顺激励下钢轨振动能量主要分布在中低频。 展开更多
关键词 无砟轨道-桥梁 振动分析 有限元法 统计能量分析法 混合法
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拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响 被引量：7
10
作者 雷虎军 李小珍 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期124-130,136,共8页
为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分... 为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+5×80 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判. 展开更多
关键词 列车-轨道-桥梁系统 地震响应 拟静力分量 大质量法 相对运动法
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地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应及列车走行安全研究 被引量：7
11
作者 陈令坤 蒋丽忠 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期131-133,共3页
在总结和吸收既有研究成果的基础上，以铺设CRTSⅡ板式无砟轨道的高速铁路简支梁桥为工程背景，对地震作用下高速铁路列车一无砟轨道一桥梁的动力响应及列车走行安全性进行系统研究，提出地震时不同条件下高速列车在桥上安全运行限速的... 在总结和吸收既有研究成果的基础上，以铺设CRTSⅡ板式无砟轨道的高速铁路简支梁桥为工程背景，对地震作用下高速铁路列车一无砟轨道一桥梁的动力响应及列车走行安全性进行系统研究，提出地震时不同条件下高速列车在桥上安全运行限速的建议值。本文的主要研究内容如下。 展开更多
关键词 高速铁路 地震 列车-无砟轨道-桥梁系统 动力响应 列车走行安全
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路基不均匀沉降下列车-有砟轨道-路基三维耦合系统动力响应分析 被引量：8
12
作者 肖源杰 周思嘉 +5 位作者 畅振兴 毛建锋 华文俊 徐炳隆 王卫东 秦怀兵 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4763-4776,共14页
基于多体动力学与有限单元法建立列车-有砟轨道-路基三维耦合系统精细化数值模型,并提出一种新的迭代方法,将路基余弦型不均匀沉降作为位移边界条件,通过判断轨道结构与路基结构间的接触状态,研究路基不均匀沉降和列车荷载共同作用下的... 基于多体动力学与有限单元法建立列车-有砟轨道-路基三维耦合系统精细化数值模型,并提出一种新的迭代方法,将路基余弦型不均匀沉降作为位移边界条件,通过判断轨道结构与路基结构间的接触状态,研究路基不均匀沉降和列车荷载共同作用下的轨道结构伴随性变形,计算列车动力响应、轮轨接触力和轨枕与道砟间的接触力等,进而模拟分析不同波长和幅值的不均匀沉降对上述动力响应和轨枕空吊等病害的影响,揭示路基不均匀沉降与钢轨变形之间的映射关系。研究结果表明:轨道结构伴随性变形随路基沉降幅值的增大而增大,且在一定沉降范围内引发轨枕空吊等病害;耦合系统结构动力响应随路基沉降幅值的增大而增大;随沉降波长增大,轮重减载率和轮轨力减小,而车体竖向加速度呈现先增大后减小的变化趋势,并存在10 m左右的敏感波长使得车体竖向加速度最大;路基不均匀沉降可加剧轨枕和有砟道床间的相互作用,进而加剧沉降发展。 展开更多
关键词 有砟轨道 路基不均匀沉降 列车-轨道-路基耦合系统 轨枕空吊 动力响应 轨道不平顺
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长期列车荷载下无砟轨道-桥梁结构刚度退化试验研究 被引量：6
13
作者 赵磊 周凌宇 +3 位作者 MAHUNON A D G 张营营 彭秀生 余志武 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期136-143,共8页
为研究长期列车荷载作用下高速铁路无砟轨道-桥梁结构刚度退化规律,制作了CRTSⅡ型无砟轨道-简支箱梁结构体系1∶4缩尺试验模型。通过开展1.8×107次多级变幅长期列车荷载试验,分析了无砟轨道-桥梁结构体系的挠度与刚度演化规律,研... 为研究长期列车荷载作用下高速铁路无砟轨道-桥梁结构刚度退化规律,制作了CRTSⅡ型无砟轨道-简支箱梁结构体系1∶4缩尺试验模型。通过开展1.8×107次多级变幅长期列车荷载试验,分析了无砟轨道-桥梁结构体系的挠度与刚度演化规律,研究了结构体系刚度退化情况并预测了其服役寿命。研究结果表明:多级变幅列车荷载长期作用下,无砟轨道-桥梁结构未出现肉眼可见裂缝,结构体系承载力满足设计和使用要求;列车荷载循环作用的次数和列车荷载幅的大小对结构体系力学性能影响非常显著;动力荷载作用下结构体系挠度具有显著的放大现象;结构体系静刚度变化总体上呈下降趋势,退化较为显著,动刚度在服役初期退化迅速,后期退化缓慢,刚度退化具有不可恢复性;试验后结构体系的静、动刚度累计损伤分别达到23.82%、19.25%,有效动刚度剩余61.5%,长期列车荷载作用下,我国现行无砟轨道-桥梁结构体系在设计使用年限内不会发生疲劳破坏,箱梁服役寿命预计可达420 a。 展开更多
关键词 无砟轨道-桥梁结构体系 挠度 刚度 累计损伤 刚度退化
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地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动的影响研究 被引量：2
14
作者 唐昊天 黄凤华 滕念管 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3884-3895,共12页
随着磁浮交通线路的不断扩展,地震作用对磁浮交通系统的安全性构成了严重威胁。为探究地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统振动响应特性的影响,基于考虑比例-积分-微分(PID)主动悬浮控制的磁浮车轨耦合关系,在绝对坐标系下建立磁浮列... 随着磁浮交通线路的不断扩展,地震作用对磁浮交通系统的安全性构成了严重威胁。为探究地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统振动响应特性的影响,基于考虑比例-积分-微分(PID)主动悬浮控制的磁浮车轨耦合关系,在绝对坐标系下建立磁浮列车-轨道-桥梁系统地震响应数值计算模型,其中将车辆简化为具有45个自由度的多刚体,轨道-桥梁结构采用有限元法建立。在此基础上,编制相应的仿真程序,计算只考虑车辆作用、只考虑地震作用以及同时考虑车辆和地震作用3种工况下系统的动力响应,并分析车速对系统地震响应的影响规律。研究结果表明:地震作用对磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动影响明显,尤其是对横向耦合振动的影响;轨道-桥梁结构跨中竖向位移受车辆作用影响较大,跨中横向位移主要受地震作用影响;轨道-桥梁结构的频域响应与车辆荷载的特征频率及结构固有频率密切相关,地震作用会显著放大轨道-桥梁结构的1阶固有频率振动响应;同时考虑车辆作用和地震作用时,随着车速提高,车体加速度幅值与桥梁跨中竖向位移幅值并非单调变化,而桥梁跨中横向位移幅值呈现下降趋势。研究成果可为后续磁浮列车-轨道-桥梁耦合系统地震响应分析和轨道-桥梁结构设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 中速磁浮 列车-轨道-桥梁系统 地震作用 耦合振动 PID控制器
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基于K-L分解的车-线-桥耦合系统随机动力分析
15
作者 杨博 丁琼 +1 位作者 闫斌 盘柳 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第7期3125-3133,共9页
轨道不平顺具有随机性,全面反映轨道不平顺激励下的车-线-桥动力响应需要大量的计算成本。针对此问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论、能量变分原理及有限单元法,同时采用多尺度耦合方法描述系统各部件之间的相互作用。结合轮轨相互作用... 轨道不平顺具有随机性,全面反映轨道不平顺激励下的车-线-桥动力响应需要大量的计算成本。针对此问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论、能量变分原理及有限单元法,同时采用多尺度耦合方法描述系统各部件之间的相互作用。结合轮轨相互作用时变矩阵化技术,获得列车-轨道-桥梁系统统一分析矩阵,其中列车系统采用多个42自由度的多刚体结构模拟,而轨道-桥梁系统则采用有限单元模拟。采用K-L分解技术,通过建立协方差矩阵,提取轨道不平顺特征值及概率特征信息,并重构轨道随机不平顺样本。最后,将重构的轨道不平顺激励输入列车-轨道-桥梁有限元动力相互作用矩阵中。数值分析表明,基于K-L分解生成的轨道不平顺样本与原轨道不平顺具有相似的概率特性,相比原蒙特卡洛法,K-L分解可节约23%的轨道不平顺样本数量。通过对系统进行时频动力分析,钢轨、轨道板及桥梁的动力响应均具有极为明显的几何特征,其中轨道板长度(5.4 m)对应10 Hz,桥梁跨度(32 m)对应1.7 Hz的频率振动,以上几何特征在轨道板和桥梁结构的动力响应中表现得更为明显,在轨道-桥梁体系设计中,应进一步计算系统的自振频率。研究结果可为车-线-桥系统的设计提供参考,以避免几何特征导致的共振现象的发生。 展开更多
关键词 列车-轨道-桥梁动力相互作用 K-L分解 轨道随机不平顺 概率密度函数 随机动力分析
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基于谱几何法的车辆-轨道结构频域振动分析
16
作者 吴神花 雷晓燕 余翠英 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期101-109,共9页
为研究车辆-轨道结构全频域振动问题,基于谱几何法构建了车辆-无砟轨道结构耦合系统动力学模型与算法,应用Rayleigh-Ritz法推导了轨道结构谱几何单元刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩阵、单元之间的耦合虚拟弹簧刚度矩阵及轮轨耦合刚度矩阵,... 为研究车辆-轨道结构全频域振动问题,基于谱几何法构建了车辆-无砟轨道结构耦合系统动力学模型与算法,应用Rayleigh-Ritz法推导了轨道结构谱几何单元刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩阵、单元之间的耦合虚拟弹簧刚度矩阵及轮轨耦合刚度矩阵,求解了车辆-轨道结构耦合系统动力学谱几何法方程,得到了车辆-轨道结构全频域内振动响应,分析了轨道结构单元尺寸对收敛性和计算效率的影响,讨论了钢轨、轨道板、底座板虚拟弹簧刚度系数取值范围。通过与有限元法对比,验证了谱几何法的正确性和高效性。作为应用实例,分析了在轨道随机不平顺激励下车辆-轨道结构耦合系统的振动响应。研究结果表明:在保证计算精度的前提下,谱几何法可以采用大的轨道结构单元尺寸计算,而有限元法的轨道结构单元尺寸更小,因此谱几何法的计算效率远大于有限元法的;当轨道结构单元尺寸取3.25 m和6.50 m时,谱几何法的计算效率较高,可作为谱几何法分析车辆-轨道结构耦合系统动力学问题的参考单元尺寸;钢轨、轨道板、底座板虚拟弹簧刚度的合理取值为大于或等于其对应构件抗弯刚度的10~5倍;车体、转向架位移幅频曲线交替出现众多峰值和谷值,为车辆系统四个轮对间轨道不平顺激励相位差所致;车体、转向架垂向位移幅频曲线谷值处频率分别对应车辆“定距滤波”和“轴距滤波”频率。研究成果为求解全频域内车辆-轨道结构耦合系统动力学问题提供了另一种高效、精确的数值方法,为车辆-轨道结构系统减振分析和设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 谱几何法 车辆-轨道结构耦合系统 无砟轨道结构 全频域 虚拟弹簧
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高速铁路无砟轨道-桥梁系统纵向变形与轨面变形映射关系 被引量：5
17
作者 赖智鹏 蒋丽忠 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期535-546,共12页
以高速铁路纵连式无砟轨道和简支梁为研究对象,分析高速铁路桥梁-轨道系统(HSRTBS)层间传力机制,将HSRTBS层间构件分离,基于HSRTBS层间内力平衡条件,采用能量变分原理建立HSRTBS纵向变形与轨面映射变形求解通用模型。基于ANSYS软件建立H... 以高速铁路纵连式无砟轨道和简支梁为研究对象,分析高速铁路桥梁-轨道系统(HSRTBS)层间传力机制,将HSRTBS层间构件分离,基于HSRTBS层间内力平衡条件,采用能量变分原理建立HSRTBS纵向变形与轨面映射变形求解通用模型。基于ANSYS软件建立HSRTBS有限元模型,通过对比本文解析模型求解的轨面映射变形与有限元结果,验证本文轨面映射模型的合理性及有效性,研究轨道-桥梁系统参数对轨面映射变形的影响。研究结果表明:轨面映射变形峰值与桥梁变形幅值增长线性相关;轨面映射变形随着桥梁变形幅值增大增速减缓,呈现非线性增长;轨面纵向映射变形对于层间扣件刚度变化十分敏感;滑动层刚度变化对于轨面纵向映射变形影响较小;剪切钢筋和滑动层剪力齿槽是极为重要的纵向传力构件,当二者失效时,将对轨面纵向变形产生严重影响。 展开更多
关键词 高速铁路 轨道-桥梁系统 轨面变形 映射关系 能量变分原理
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桥梁收缩徐变诱发高速列车-CRTS Ⅱ型板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究 被引量：6
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作者 陈兆玮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期1-8,22,共9页
混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问... 混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论;提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法;在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明:提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下,梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大,同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化,砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主,仅在脱空区域附近才出现局部受压;而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动,而对轨下结构的振动影响较小。 展开更多
关键词 列车-轨道-桥梁动力相互作用 收缩徐变 动态接触 纵连板式轨道 行车性能
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连续运行车辆-轨道垂向耦合动力学的时变分析法
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作者 杨蔡进 《力学学报》 北大核心 2025年第3期740-754,共15页
随着运行速度的提升,高速列车与服役结构及环境的耦合作用显著加剧,并且上述耦合作用表现在车辆运动的全过程.考虑实际的运行环境,建立精细的车辆-轨道耦合动力学模型,开展更为精确的服役模拟是当前研究热点,但面临许多挑战,例如车辆与... 随着运行速度的提升,高速列车与服役结构及环境的耦合作用显著加剧,并且上述耦合作用表现在车辆运动的全过程.考虑实际的运行环境,建立精细的车辆-轨道耦合动力学模型,开展更为精确的服役模拟是当前研究热点,但面临许多挑战,例如车辆与长大轨道结构耦合动力学建模难题.现代高速列车短时间内就能在轨运行至数百公里的距离,经典的理论方法采用了拉格朗日方式描述系统的运动和变形,限定系统的力学研究对象固定不变,往往需要针对全部长度的轨道结构进行建模,计算分析效率亟需提高.围绕高速轨道交通领域内关键基础力学模型问题,基于模型截断的策略,从时变系统动力学角度,构建长距离连续运行车辆-轨道耦合动力学高效建模与分析方法.引入移动控制体描述长大轨道结构在有效振动区域内动力学行为,利用任意拉格朗日-欧拉原理建立移动控制体内截断轨道梁的连续时变动力学模型,基于自适应步长Runge-Kutta-Fehlberg积分策略,通过预处理当前时间步的积分信息,确定预测下一时间步系统响应所需的迭代条件,从而表征控制体内轨道梁下轨枕和道床质量系统的离散时变动力学问题.最后,通过数值算例仿真,分析了车辆-轨道耦合系统的动力学响应,并将计算结果与传统模态叠加法获得结果进行比较,验证了方法的有效性. 展开更多
关键词 高速列车 长大轨道结构 离散/连续时变系统动力学 移动控制体 任意拉格朗日-欧拉原理
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列车-轨道系统竖向动力分析的车辆轨道单元模型 被引量：25
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作者 雷晓燕 张斌 刘庆杰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期168-173,共6页
根据列车-轨道系统运动的特点,提出了适合该问题动力学分析的新型车辆单元和轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,推导了两种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个列车-轨道系统只需离散成车辆单元和轨道单元,其中轨道系统离散... 根据列车-轨道系统运动的特点,提出了适合该问题动力学分析的新型车辆单元和轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,推导了两种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个列车-轨道系统只需离散成车辆单元和轨道单元,其中轨道系统离散成轨道单元,一节车辆离散成一个车辆单元。该模型具有程序编制容易、计算效率高的特点。作为应用实例,给出单轮通过和考虑轨道完全平顺和具有随机不平顺条件下整车通过时车辆和轨道动力响应分析的二个算例。 展开更多
关键词 列车单元 轨道单元 列车-轨道系统 车辆-轨道相互作用
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