高速铁路列车对既有结构的动力影响分析
高速铁路列车车辆动力学分析与优化
高速铁路列车车辆动力学分析与优化一、引言高速铁路列车是现代交通领域的重要组成部分，其运行速度和稳定性直接关系到旅客的安全和舒适。
因此，对高速铁路列车的车辆动力学进行分析与优化具有重要意义。
本文将从列车车辆运行过程中的动力学特性、问题分析以及优化措施三个方面进行讨论。
二、列车车辆动力学特性1.加速度特性分析高速铁路列车在开始运行、停止和变速时，加速度是一个重要指标。
其大小和变化率直接影响列车的运行效果和乘客的舒适感。
通过对列车的牵引系统、制动系统的性能分析，可以优化列车的加速度特性。
2.车辆悬挂特性分析列车的悬挂系统对于列车的稳定性和乘客的舒适感具有重要影响。
通过对悬挂系统的优化设计，可以减小列车运行过程中的颠簸和震动，提高列车的悬挂特性。
3.转向架动力学分析高速铁路列车在快速转弯时，转向架对列车的稳定性和安全性起着至关重要的作用。
通过分析转向架的动力学特性，可以根据列车运行情况调整转向架的相关参数，提高列车的操控性和安全性。
三、问题分析1.制动系统问题高速铁路列车在运行过程中，需要频繁进行制动操作。
如果制动系统存在问题，将导致列车制动效果不佳、制动距离过长，甚至制动失效。
因此，对制动系统的性能进行分析和优化可以提高列车的安全性和稳定性。
2.转向架问题转向架是高速铁路列车车辆的关键部件之一。
如果转向架存在问题，将导致列车在转弯时出现偏移、侧翻等危险情况。
因此，对转向架的设计和运行状态进行分析和优化可以提高列车的稳定性和安全性。
3.车轮、轴承问题高速铁路列车的车轮和轴承是列车运行的重要组成部分。
如果车轮和轴承存在问题，将导致列车在运行过程中出现异响、颠簸甚至脱轨等安全隐患。
因此，对车轮和轴承的检测、维护和优化是提高列车运行质量的关键。
四、优化措施1.优化列车的牵引系统和制动系统，提高列车的加速度特性和制动性能，减小列车的制动距离，提高列车的安全性和运行效率。
2.优化列车的悬挂系统，减小列车运行过程中的颠簸和震动，提高列车的运行平稳性和乘客的舒适感。
高速铁路列车对既有结构的动力影响分析
１ 计算分析方法
本 文研 究 背景 中 既 有 铁 路 桥 及 新 建 桥
尽 管 两 桥 相 距 很 近 ， 新 桥 桩 基 础 和 但 旧桥 扩 大 基 础 之 间 无 结 构 联 系 ， 存 在 两 不 桥 梁静 力 相 互 作 用 的 可 能 性 ， 桥 对 旧 桥 新 的影 响 以 动 力影 响 为 主 。 由于 高 速 旅 客 列 车 对 桥 梁 施 加 的 作 用 力 以 竖 向为 主 ， 两 且 桥 相 邻 部 分 为直 线 区 段 ， 车 匀 速 通过 ， 列 可 只 考 虑 新 桥 垂 向 振 动 对 旧桥 的影 响 ， 忽 而 略横 向和 纵 向 作 用 力 的贡 献 。 时 ， 桥 为 同 新 柱 桩 基 础 ， 向 力 作 用 面 分 别 在 地 面 以 下 竖 ２ ｍ～３ ｍ的承 台底 和地 面 以下 ２ ｍ～３ ｍ的 ５ ５ 桩底； 旧桥 为扩 大 基础 ， 向力 作 用 面在 地 竖 面 以下 ３ ～５ ｍ ｍ的 基底 。 因此可 认 为 新桥 动 力作用对 旧桥的影响 ， 要体现在其对 旧 主 桥 基 础 的影 响 。 言 之 ， 换 如新 桥 列 车 通过 时 旧桥 基 础 的 振 动 未 超 出 其 常 见 振 幅 ， 可 则 认 为 新 桥 对 旧 桥 的影 响不 致 引起 旧 桥 的安 全 问题 。 采 用 车 辆 动 力计 算 与 现场 实 测 相 结 合 的 方 式进 行 分 析 和评 估 ， 步 骤如 下 ：１ 计 其 （） 算 列车 通 过 桥 梁 时 的 轮轨 间竖 向相 互 作 用 力 ；２ 由桥 上 列 车 作用 力 ， （） 计算 桥 梁 基底 作 用 力 ； ） 聚 能 力锤 敲 击新 桥 桥 墩 位 置处 ， （ 以 ３ 实 测 旧 桥 临 近 墩 承 台 顶 的 三 方 向 振 动 状 态 ， 算 新 线 桥 承 台 至 既 有 线 承 台 之 间 的 推 振 动传 递规 律 ；４ ￣ 用 前 三 步之 研 究 结果 ， （ ）１ Ｊ
高速铁路桥梁的动力响应分析
高速铁路桥梁的动力响应分析随着交通行业的快速发展，高速铁路成为现代化城市交通的重要组成部分。
而作为高速铁路的重要组成部分之一，桥梁在铁路运输中起到了至关重要的作用。
然而，桥梁在列车通过时会产生动力响应，因此对桥梁的动力响应进行准确的分析成为了保障高速铁路安全运行的重要环节。
在高速铁路桥梁的动力响应分析中，首要考虑的是列车运行时的载荷作用。
列车载荷是动力响应分析的主要输入参数，它包括列车的静载荷、动载荷以及弯矩、剪力、轴力等作用在桥梁上的力。
这些载荷由列车的运行速度、列车数目、列车自重以及路况等因素决定，因此对于这些参数的准确测量和分析显得尤为重要。
当列车通过桥梁时，桥梁受到的载荷作用会引起桥梁产生振动，也就是动力响应。
为了准确地分析桥梁的动力响应，需要根据列车的运行状态、桥梁的结构参数以及材料特性等因素进行计算和模拟。
一般来说，动力响应分析主要使用有限元方法、模态分析、多体系统动力学分析等方法进行。
在动力响应分析中，有限元方法是一种常用的计算方法。
该方法通过将实际的桥梁模型离散化为有限个小单元，然后通过求解结构的振型和振幅，来分析桥梁的动力响应。
这种方法具有计算精度高、适用范围广以及计算效率高的优点，因此被广泛应用于桥梁动力响应分析中。
除了有限元方法，模态分析也是动力响应分析中常用的一种方法。
模态分析方法主要通过求解结构的固有振型和固有频率来分析结构的动力响应。
该方法通过分析结构的固有特性，从而更好地预测桥梁在不同载荷作用下的动力响应。
模态分析方法的优点是计算简便、结果直观，并且能够提供各个模态振型的模态形状和振型频率等参数。
除了有限元方法和模态分析方法，多体系统动力学分析也是桥梁动力响应分析中常用的一种方法。
该方法主要通过建立列车-桥梁系统的多体系统动力学方程，来分析列车通过桥梁时的动力响应。
多体系统动力学分析方法能够综合考虑列车和桥梁的动力特性，因此对于复杂的列车-桥梁系统分析具有较好的适用性。
高速列车结构振动与动力学分析
高速列车结构振动与动力学分析高速列车作为交通工具，能够快速地将人们从一个地方运输到另一个地方。
随着科技的不断发展，高速列车的速度和载客能力都在不断提高。
但是，高速列车的高速运行也会引起列车结构的振动和动力学问题。
一、高速列车的结构振动问题高速列车的结构振动问题是由列车在高速运行过程中所受到的外界干扰力所引起的。
这些外界干扰力可能来自于多种因素，例如风、路况、车辆自身的不平衡等。
由于高速列车的速度较快，因此在高速运行过程中，它所受到的风力也非常强大。
这些风力不仅会使列车产生较大的侧向偏移，还会引起列车结构的振动。
当列车经过一些特殊构型的桥梁或隧道时，其速度和受到的风力都会发生剧烈变化，这种不稳定性往往会引起列车的结构振动。
此外，路况也是影响列车结构振动的一个重要因素。
当列车在不平整的轨道上行驶时，其结构会受到振动的影响。
这些振动比较频繁，更容易引起列车内部的混乱，甚至会对乘客的健康造成威胁。
二、高速列车的动力学问题高速列车的动力学问题是指列车受到外界干扰时所产生的运动。
与结构振动不同，动力学问题更多涉及列车的速度、加速度等物理量。
这些物理量在高速运行过程中会受到多种因素的影响。
当列车行驶在不平整的轨道上时，其速度和加速度会发生不稳定的变化。
这些变化会导致列车的皮膜产生破损或磨损，甚至会对列车的耐久性产生负面影响。
此外，高速列车在高速运行过程中也会产生较大的空气阻力，这种阻力会影响列车的速度和能耗，需要进行有针对性的优化。
三、高速列车的解决方案针对高速列车的结构振动和动力学问题，可以采取多种解决方案。
其中，最直接有效的方法就是改善列车自身的结构和设计。
例如，可以针对列车的底盘、悬挂系统等进行优化，以提升列车的稳定性和耐久性。
此外，还可以采用现代化的防振技术，例如主动消振器、积极振动控制技术等，以对抗列车结构振动问题。
对于列车的动力学问题，可以通过空气动力学模拟、列车空气阻力优化等方式进行解决。
四、总结高速列车的结构振动和动力学问题是目前亟待解决的问题。
高速铁路火车组的动力学分析与优化
高速铁路火车组的动力学分析与优化近年来，随着我国高速铁路的不断发展与完善，高速铁路火车组也越来越多地被人们所关注。
在日常生活中，我们经常会乘坐高速铁路火车组来进行长途出行，但对于普通人来说，火车组的动力学分析与优化似乎有些遥不可及。
那么，下面就让我们一起来深入探究一下高速铁路火车组的动力学分析与优化吧。
一、背景介绍高速铁路火车组是指能够行驶在高速铁路上的列车，其设计速度一般都在200km/h以上。
高速铁路火车组的设计与制造涉及到众多领域，如机械、结构、电气、自控等。
但是，从动力学的角度来看，高速铁路火车组的设计与制造离不开力学的支持。
二、研究的对象与内容1. 研究对象高速铁路火车组的动力学分析与优化主要针对的是火车组的运行特性，如加速度、最高速度、定速运行、制动距离等。
因此，研究对象可以是整个火车组，也可以是火车组的某个部件，如电机、传动系统、制动系统等。
2. 研究内容高速铁路火车组的动力学分析与优化需要考虑的因素很多，如牵引力、制动力、惯性力、阻力等。
因此，研究内容可以划分为以下几个方面：（1）火车组的动力学模型建立通过对火车组的结构、牵引系统、制动系统等进行分析，建立火车组的动力学模型。
常用的方法有牵引控制特性分析法、动态仿真方法等。
（2）火车组的运动学分析考虑到火车组行驶时所受到的惯性力、转向力、横向力等因素，进行火车组的运动学分析。
常用的方法有多体动力学方法、单体动力学方法等。
（3）火车组的牵引与制动控制对火车组牵引系统和制动系统进行控制分析，研究不同控制模式下火车组的运行特性和性能。
常用的方法有PID控制、最优控制等。
（4）火车组的动力学优化根据火车组的运行要求和条件，对其进行动力学优化。
优化的内容可以包括火车组的牵引和制动性能、运行速度、能耗等。
三、研究意义对于高速铁路火车组的动力学分析与优化，其意义不仅体现在技术上，还具有重要的经济、环保和社会意义。
1. 技术意义高速铁路火车组的动力学分析与优化可以提高火车组的运行安全性和效率，降低能耗和运营成本，从而推动高速铁路技术的进一步发展。
高速列车荷载下地下结构动力响应分析
２ ０ １ ３年 ４月
结
构
工
程
师
Ｖｏ １ ． ２９．Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ．２０ １ ３
Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｓ
高速 列 车 荷载 下地 下 结构 动 力 响应 分 析
郑 军 余 绍锋 ’
（ １ ．中铁 十二局集团建筑安装工程有 限公 司 ， 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ； ２ ．同济大学建筑工程系 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
多 的要求 。高 速移 动荷 载作 用下 站 台及地 下结 构
匀速 移动 荷载 时 的解 。Ｄ ｅ Ｂ ａ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ和 Ｌ ｕ ｃ ｏ则 获得
了移 动荷 载下 层状 弹性 半 空 间的 应力 和位 移 。
最 近 由于 高 速铁 路 建设 的需 要 ，Ｙ ａ ｎ ｇ和 Ｈ ｕ ｎ ｇ
摘
要 以济 南西客 站站 台下的地铁 隧道 为研 究对 象 ， 重 点研 究 高铁 荷 载作 用 下地 下 结构 的动 力响应 。
列车高速移动 时伴随着振动 ， 所以既要考虑荷载 的移动 ， 也要考虑荷载的振动。首先应用移动 问题有限 元 方法计 算移 动放 大 系数 ， 然后应 用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软 件 分析振 动 荷载 作 用 时 高铁 站 台下地 铁 隧道 的动 力响 应， 并给 出了一些数 值 算例 。 关键 词 高速 铁路 ，移动 荷载 ，有 限元 分析 ，地铁 隧道 ，动力 响应
ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｕ ｎ ｄｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂｙ ｈ ｉ ｇ ｈ— ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｌ ｏ ａ ｄｓ ． Ｄｕ ｅ ｔ ｏ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ － ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂｙ ｈｉ ｇ ｈ— ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ，ｂ ｏ ｔ ｈ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄｓ ａ ｎ ｄ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ａ ｄｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｉ— ｆ ｎｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｖ ｉ ｎｇ ａ ｍｐｌ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ． Ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ
高速铁路路基动力响应规律及其影响分析
２ 车辆轨道 系统动 力分析 模型
（ ３）车辆一 轨道耦合 系统动力模型 （ 图 ５）。将 见 机车车辆和轨道结 构作为统一 的振动 系统。实验表明 ，
建立高速铁路轨 道动力模型应综合考 虑车辆和路基 在车辆振动频率较低 、轨道振动频率较 高时 ，采用只分 的综合影响 ，目前主要有 以下几种模型 。 析 轨道结构 的模 型也能得到 比较满意 的轨道动力 特性 。
高速铁 路路 基
动 力响应 规律 及其影响分析
５ ０ １ 孙 常新 ：华 北 水利 水 电学 院 ，讲 师 ， 河 南 郑 州 ，４ ０ １
郝小 红 ：华 北 水利 水 电学院 ，副 教 授 ， 河 南 郑 州 ，４ ０ １ ５０１
１ 高速 列车荷 载 的数 值模 拟
摘 要 ：高速 列 车荷 载 的数值模 拟 主要
＿ 连续 支承 无 限长 梁轨 道模 型 中第 一层 梁 为钢 ３ １ 计算参数及有限元模型 一层 ． 轨 ，第二层梁为轨枕和道床上部 １ 质 量 ，第三层为道 ０ｍ ｅ 采 用 的有 限元 网格 尺 寸参 照 了秦 沈客 运专 线 的路
床 １ ｍ ０ 深度 以下质量和路基参振质量 ，增加 了层次 ，考 基断 面 ：双 线铁 路 路 基 ，路基 面 宽路 堤 １ ． ｍ，路 堑 ｅ ２５
算采用模拟列 车动荷 载模 式 ，结合秦 沈客运专线现场实测 数 据 ，考 虑到车辆 、轨道 不平顺 、列车 速度 、车辆荷 载周期 性
与振动特性 、列车荷 载移 动组合 、钢轨 与轨枕 的荷载传递 分
散作用 等 因素 ，用三 角 函数表 达式表示 口 】 。三角 函数表达 式 取行车速度 Ｖ＝ ５ ｍ ｈ （ ０ ／ ）， ２ ２ ／ 或７ ｓ 根据前２０ｓ 间绘 出 ｋ ｍ ． 时
高铁系统中的动力性能分析与控制
高铁系统中的动力性能分析与控制一、引言随着我国高速铁路网不断完善和发展，高铁系统的动力性能分析和控制显得越来越重要。
高铁系统需保证列车在高速、高载、高密度、复杂环境下的运行安全和稳定。
本文旨在探讨高铁系统中的动力性能分析与控制，包括列车运行状态分析、牵引系统动态响应分析以及牵引系统控制策略等方面。
二、列车运行状态分析高速列车经过设计和调试后，可投入使用。
但在其正式运行时，在不同的运营条件下，存在各种因素的变化，如列车的载荷、速度、温度、路况等。
因此，对于列车的运行状态进行分析尤为重要。
列车的运行状态可以通过测量不同组件参数和反馈信号获得，包括但不限于：电机参数、电压、电流、速度、位置等。
此外，对于重要系统组件，如转向架、牵引系统等，需安装传感器等设备来监测其运行状态。
通过对这些参数和信号的分析，可以了解列车的实时运行状态，从而为进一步的动力性能分析和控制提供有效的数据支持。
三、牵引系统动态响应分析牵引系统是高铁系统中的重要组成部分，其稳定性和可靠性对列车的性能有着关键影响。
牵引系统动态响应分析旨在研究列车在牵引/制动/停车等场景下的动态特性。
牵引系统动态响应分析包括但不限于列车加速、制动特性分析、牵引系统响应时间等方面。
列车的加速特性是简单但重要的测试指标，它可描述列车加速度随时间的变化情况。
此外，通过牵引/制动/停车测试，可以了解列车在组件响应时间、转矩响应时间等方面的性能表现。
四、牵引系统控制策略牵引系统控制策略是对牵引系统进行控制的方式和方法。
其目的在于提高列车的牵引性能和稳定性。
牵引系统控制策略的几个关键因素包括但不限于以下这些：1. 动态特性控制：列车加速和制动时，保证列车的动态响应特性稳定和精确。
2. 能源效率控制：对于牵引系统的电机和电源等能源元器件，通过改进系统设计和控制策略，提升能源利用效率。
3. 数据支持控制：通过对列车运行状态的实时收集和分析，实现对系统性能的实时控制和调整。
高速铁路车辆动力学分析
高速铁路车辆动力学分析高速铁路是一种新型的快速交通工具，它不仅速度快，而且安全可靠。
因此，高速铁路受到越来越多的关注和重视。
在高速铁路的运行过程中，车辆动力学是一项非常重要的技术。
本文将对高速铁路车辆动力学进行分析。
一、高速铁路的发展高速铁路是指设计行驶速度达到每小时250公里及以上的铁路。
这种铁路车辆通常采用电气化牵引方式，运用高压交流供电系统和现代化的信号与通讯系统进行控制。
高速铁路的发展可以追溯到20世纪80年代初期。
当时，日本东海岸地区出现了一种新型的列车“新干线”。
这种列车的运行速度达到了每小时200公里，创造了世界铁路记录。
此后，许多国家开始研发和建设高速铁路。
二、高速铁路车辆动力学的意义车辆动力学主要研究铁路车辆运行的力学变化，包括轨道、车辆、车辆系统、电子系统、信号系统等多方面内容。
在铁路运行中，车辆动力学对于保证列车稳定性、降低运行成本、延长使用寿命、提高列车运行效率等方面都具有重要作用。
对于高速铁路来说，车辆动力学变得更加重要。
高速铁路具有运行速度快、制动距离长、加速度高、振动小、风阻大等特点。
因此，高速铁路需要更加精密和高效的控制系统，以保证列车的安全和稳定性。
三、高速铁路车辆动力学的特点1.高速铁路的几何特点高速铁路轨道线形和曲线半径都必须满足高精度要求。
同时，高速铁路也需要在一定的空间范围内保持车辆的高速度。
因此，在不同的路段中，车辆必须满足不同的运行要求。
2.高速铁路的灵敏性和响应性高速铁路的能量效率和动力性能取决于车辆的动力系统和控制系统。
因此，车辆必须满足高精度和高响应性的要求。
3.高速铁路的结构特点高速铁路的车辆结构必须轻便、坚固并能承受高速度下的巨大冲击力。
车辆重量减轻可降低运行费用和能源消耗。
4.高速铁路的制动性能和能量回收高速铁路的制动系统与能量回收系统能够在保证列车稳定性的同时，在制动过程中回收大量的能量。
这不仅有助于降低运行成本，而且有助于减少对环境的负面影响。
高铁列车的车辆动力学分析与优化
高铁列车的车辆动力学分析与优化随着科技的不断进步和人们对出行速度的需求日益增加，高铁列车作为一种高速、高效、安全的交通工具，得到了广泛的应用和发展。
对于高铁列车的车辆动力学分析与优化，不仅关乎列车运行的安全性、稳定性和舒适性，还直接影响列车的牵引力、能耗以及作业效率。
本文将对高铁列车的车辆动力学进行分析与优化探讨。
首先，对高铁列车的车辆动力学进行全面的分析是优化的前提和基础。
车辆动力学是指列车在运行过程中受到的力学和动力因素的综合作用。
首先需要考虑列车的牵引力，它是列车运行所受的牵引力与阻力之差。
牵引力的大小与列车的重量、车辆轴数、轮轴动力、轮轴摩擦系数等因素有关。
优化牵引力可以提高列车的运行速度和加速度，降低能耗和运行成本。
其次，阻力是列车运行时需要克服的外力，主要包括空气阻力、摩擦阻力和坡度阻力等。
优化阻力将有助于减少列车的能耗和减轻机车及零部件的磨损，提高列车的运行效率和寿命。
其次，高铁列车的车辆动力学优化需要考虑列车的运行稳定性。
列车在高速运行时，可能面临涡流、气动力和轨道不平衡等因素的影响，从而导致列车产生横向或纵向的振动和不稳定性。
为了提高列车的运行稳定性，采取合理的动力学控制策略是必要的。
列车的悬挂系统、操纵系统以及转向架等关键部件需要进行科学的设计和优化，以保证列车在高速运行时的稳定性和安全性。
此外，高铁列车的舒适性也是车辆动力学优化的重要方面。
由于列车的高速和高加速度特点，乘客在列车行驶过程中可能会感受到颠簸、震动、噪音等不舒适的因素。
为了提高乘客的舒适性体验，需要优化列车的悬挂系统、减振装置和车体结构等。
同时，也可以采取降低车辆噪音的措施，如隔音材料的使用和噪音源的控制，以提供更好的乘坐环境和乘客体验。
最后，高铁列车的车辆动力学优化还需要考虑节能减排和可持续发展的要求。
随着环保意识的提高和能源资源的日益紧缺，高铁列车的能源消耗和环境影响也引起了人们的关注。
为了减少能源消耗，可以通过优化列车的轴重分配、降低空气阻力、改善能耗效率等方式来实现。
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高速铁路列车对既有结构的动力影响分析
摘要:本文研究高速列车通过桥梁时,其对周围环境和既有建筑结构的振动影响分析方法。
研究中,采用车桥耦合方法计算列车通过桥梁时的轮轨间竖向相互作用力,进而得到桥梁基底作用力并以Duhamel时程积分推算列车通过时临近结构物的振动状态,评估新桥高速列车通过对旧桥的动力影响程度。
关键词:高速列车铁路桥梁车激振动振动传播
高速铁路作为一种铁路新型运输方式,具有安全、快速、节能的优点,但同时高速铁路的开行也会对沿线环境产生不利作用,高速铁路的振动亦会通过其线桥结构、基础传播至临近建筑结构,影响到临近建筑结构的使用安全与稳定。
京石客运专线京广线改右线特大桥(以下简称新桥)与京广线上行百孔桥(以下简称旧桥)并行,两桥承台间最小间距仅 1.84m,新建线路为单线高速线路,将通过350km/h速度级动车组,列车通过时的动力效应有可能引起既有线结构的二次振动,影响既有结构的使用性能。
本文针对上述工程,分析京石客运专线高速列车通过上述工点时列车对既有结构的动力影响,参照目前百孔桥临近京石客运专线使用状态,评估高速列车动力荷载对上述结构使用性能的影响程度。
1 计算分析方法
本文研究背景中既有铁路桥及新建桥墩见图1。
尽管两桥相距很近,但新桥桩基础和旧桥扩大基础之间无结构联系,不存在两桥梁静力相互作用的可能性,新桥对旧桥的影响以动力影响为主。
由于高速旅客列车对桥梁施加的作用力以竖向为主,且两桥相邻部分为直线区段,列车匀速通过,可只考虑新桥垂向振动对旧桥的影响,而忽略横向和纵向作用力的贡献。
同时,新桥为柱桩基础,竖向力作用面分别在地面以下2m～3m的承台底和地面以下25m～35m的桩底;旧桥为扩大基础,竖向力作用面在地面以下3m～5m的基底。
因此可认为新桥动力作用对旧桥的影响,主要体现在其对旧桥基础的影响。
换言之,如新桥列车通过时旧桥基础的振动未超出其常见振幅,则可认为新桥对旧桥的影响不致引起旧桥的安全问题。
采用车辆动力计算与现场实测相结合的方式进行分析和评估,其步骤如下:(1)计算列车通过桥梁时的轮轨间竖向相互作用力;(2)由桥上列车作用力,计算桥梁基底作用力;(3)以聚能力锤敲击新桥桥墩位置处,实测旧桥临近墩承台顶的三方向振动状态,推算新线桥承台至既有线承台之间的振动传递规律;(4)利用前三步之研究结果,以Duhamel 时程积分推算列车通过时旧桥承台的振动;(5)实测既有线过路列车通过时旧桥承台顶的三方向振动状态;(6)将计算得到的旧桥承台顶的振动与实测结果进行对比,评估新桥高速列车通过对旧桥的动力影响程度。
2 计算新线承台处竖向作用力
计算中,考虑京石客专通过车型为350km/h的高速列车,采用德国ICE3动力分散式高速列车参数进行计算。
采用德国低干扰谱转换的时域不平顺样本(截止波长80m)作为轨道不平顺激励[1]。
当ICE3列车以350km/h通过新桥时,由车桥动力计算方法[2],列车轮对对轨道竖向作用力典型时程见图2,底竖向作用力可由简支梁结构力矩平衡方程解出,其典型时程见图3。
由计算结果可见,ICE3高速列车各节车辆对桥梁基底产生周期性作用力,其峰值约为1024kN,作用周期大致为0.25s,为一节车辆(长度24.775m)通过桥墩位置的时间。
3 土体—结构振动传播规律试验及分析
为研究振动波在旧桥基础周围土体中的传播规律进行现场试验,其方法是:以聚能力锤敲击新桥承台中心位置的地面,测量该敲击作用下旧桥承台的三向振动加速度。
试验中采用了两套数据采集设备,一套用于采集力锤数据,一套用
于采集桥墩加速度数据,两套设备之间通过北京交通大学自行开发的GPS信号同步系统实现同步采集。
在新、旧桥12#墩处测量,该处两桥承台距离 2.45m,敲击点选择在新桥12#墩中心偏旧桥方向2.45-1.84=0.61m处。
偏安全考虑,认为两桥的12#墩在线路方向上无位置差,试验中测量了临近敲击点的旧桥12#和13#墩新线侧墩表面中心的三向振动加速度,测量及敲击点位置见图4。
试验中共在新桥12#墩附近进行了5次敲击,前三次测量12#墩身加速度,前两次测量13#墩身加速度,其试验统计数据见表1,表中X、Y、Z方向依次为线路方向、横桥向和竖直方向。
由于试验条件的限制,无法提前开挖新桥基础土体,因此试验中在新桥12#墩中心位置地面敲击。
设计图纸显示,施工完成后该承台上覆盖土仅为0.5m左右,对力的传播影响甚微,可认为敲击点的偏差对试验结果无显著影响。
经分析,在X、Y、Z三方向上单位冲量对12#墩产生加速度分为对13#墩产生加速度的3.09倍、4.83倍和4.33倍。
考虑到13#墩信号中信噪比较小,实际两者单位冲量加速度之比应更为悬殊。
试验中还测量到过路货车通过时,12#墩在三方向上振动计算峰值依次为2.2491m/s2、0.9483m/s2和3.7709m/s2。
4 旧桥承台振动计算
将新桥上通行的列车通过其下部结构对旧桥基础的作用力,视为一系列冲击荷载,利用Duhamel积分可求得全过程中旧桥桥墩的振动状态。
鉴于三次记录差异很小,单位冲击对旧桥12#墩产生的加速度时程采用上述三者的平均值。
经计算,ICE3列车通过时,12#墩X、Y、Z 三方向加速度时程峰值分别为0.1972m/s2、0.2867m/s2和0.1405m/s2。
考虑到上述计算中仅考虑了新桥12号墩敲击的影响,偏安全考虑,由实测数据,假设振动波每传递一孔,在三方向上的加速度衰减 3.09倍、4.83倍和4.33倍,由等比数列计算公式,所有桥墩在三方向产生振动加速度为12号墩产生振动加速度的1.48倍、1.26倍和1.30倍,即:可认为在所有桥墩处列车荷载激励下,12#墩产生的三方向振动加速度峰值依次为0.2918m/s2、0.3612m/s2和0.1827m/s2。
因此,计算列车通过新桥时致使旧桥12#墩产生三方向振动加速度均显著小于实测列车通过旧桥时该墩振动加速度,三方向上前者分别为后者的1/7.71、1/2.63和1/20.64。
5 研究结论
京石客运专线京广线改右线特大桥通过ICE3高速列车或类似列车时,对既有京广线上行百孔桥的动力影响大大低于既有线桥梁本身列车通过所造成的振动,因此,两座桥梁不致引起显著的动力相互作用。
参考文献
[1] 夏禾,张楠．车辆与结构动力相互作用[M]．科学出版社,2005.
[2] 翟婉明．车辆—轨道耦合动力学(第三版)[M]．科学出版社,2007.。