第25卷 第3期应用力学学报Vol.25 No.3 2008年9月CHINESE JOURNAL OF APPL IE D MECHANICS Sep.2008
文章编号:100024939(2008)0320524205
大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析3
王贵春1 潘家英2 张 欣1
(郑州大学 450001 郑州)1 (铁道科学研究院 100081 北京)2
摘要:大跨度铁路斜拉桥在车辆通过时,可能发生较大的变形,致使结构几何非线性效应变得显著。针对大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点,建立了结构空间动力分析模型。以广西红水河铁路斜拉桥和主跨300米双线铁路斜拉桥方案为例,模拟机车过桥的全过程,计算了斜拉桥的车桥耦合振动响应,分析了各种因素对桥梁动力响应的影响。结果表明,对于大跨度铁路斜拉桥,非线性分析结果与线性分析结果相比,具有明显差别。在大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析中,考虑结构几何非线性效应是必要的。
关键词:斜拉桥;几何非线性;有限位移理论;车桥耦合振动;动力分析
中图分类号:U448127 文献标识码: A
1 引 言
铁路车桥耦合振动的研究起源于欧美国家及日本,这些地区兴建高速铁路的创举,促进了这一领域研究的发展。自20世纪70年代末开始,国内外一批学者[129]在这一领域开展了系统的研究工作。在车辆模型、桥梁模型及分析方法等方面均取得了较为显著的成就。但由于车桥系统动力相互作用的复杂性及桥梁结构型式的多变性,特别是随着桥跨的日趋增加,仍有很多课题有待进一步研究。斜拉桥技术的迅速发展,使其跨度日趋增大,其结果是在发生强烈振动时,桥梁的位移和变形将会显著增加,出现明显的非线性效应。斜拉桥和悬索桥的几何非线性静力分析[10211]和地震分析[12213]已取得一定成果。但从公开发表的文献来看,关于车桥耦合振动的非线性分析成果较为缺乏。Karoumi R[8]在斜拉桥车桥耦合振动的研究中考虑了缆索的非线性问题,而未讨论大跨度桥梁的“梁柱”效应和大位移问题。
斜拉桥的几何非线性特征主要来源于三个因素:①缆索轴向力与缆索伸长的非线性关系,这是由于缆索的拉力与其自重的联合作用而引起的,即所谓垂度效应;②索塔和加劲梁元件中轴向力与弯矩的相互作用而引起的非线性,即所谓的“梁柱”效应;
③大变形导致结构几何形状变化引起的非线性。
上述非线性均是由于结构在荷载作用下发生几何变形而引起的,故称为几何非线性。发生横向挠曲的部件,同时受轴向力作用时,将会产生一个附加弯矩,因而改变部件的弯曲刚度。同样,弯矩也会影响部件的轴向刚度。对于包括中小跨度桥梁在内的大多数结构,这种相互影响可以忽略不计;但是,大跨度斜拉桥可能发生较大的变形,因而这种相互影响可能是显著的,应该予以注意。
本文提出大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动几何非线性分析方法,并通过两个实例的计算,验证大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析的必要性和本文方法的可行性。
3来稿日期:2006212204 修回日期:2007205230
第一作者简介:王贵春,男,1962年生,博士,郑州大学土木工程学院,副教授;研究方向———道路桥梁及结构动力分析。E2m ail:gui2 chunwang@https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,
2 斜拉桥非线性三维动力分析
模型
211 梁单元单刚矩阵
结构“梁柱”效应的非线性模拟采用有限位移理论。其方法是首先按结构实际型式选取计算模型,
并将模型离散化。其次考虑各个离散单元在结构变形后的平衡条件,建立单元的平衡方程或增量方程,并写成矩阵形式,然后进行组集,建立起整个模型的平衡方程或增量方程,最后对所建立的非线性方程组进行求解。
有限位移理论包括修正刚度矩阵法、稳定函数法、几何刚度矩阵法和T.L.及U.L.列式法。本文利用梁单元的U.L.列式法建立适合于车桥系统非线性动力分析的桥梁模型,然后再进行实例计算,从而探索大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动的规律。
如图1所示,对于空间梁单元k ,设梁端位移增量向量代表梁两端的线位移和角位移增量(图中为简便起见,省略了Δ),即Δq k ={Δu xi Δu yi Δu zi Δθxi Δθyi Δθzi
Δu xj Δu yj Δu zj Δθxj Δθyj Δθzj }
T
(1)
图1 梁单元结点位移示意图
梁单元在时刻t +Δt 的虚功方程为
∫
V
δΔεT (σ+ΔS )d V =δΔq T
k ΔR
(2)
其中:符号δ表示变分;Δ
ε为应变增量向量;σ为时刻t 的柯西应力向量;ΔS 为克希霍夫(kirchoff )应力增量向量;ΔR 为作用于梁单元上的等效节点力增量向量,在动力分析中,应包括惯性力和阻尼力。设单元上任一点的位移和应变增量向量分别为Δu 和Δε,引入3×12阶插值函数矩阵N 及表示Δε与Δq 之间关系的矩阵B ,则有
Δu =N Δq k (3)Δε=B Δq k (4)
其中N 是坐标值x 、y 、z 的函数,即
N =
N 1
N 2N 3
(5)
N 1={1-
x l 6(x -x 2
l )y l 2 6(x -x 2
l )z
l 2
0(1-4x l +3x 2
l 2)z (-1+4x l -3x 2
l 2)y x
l 6(-x +x 2
l )y l 2 6(-x +x 2
l )z
l 2 0
(-2x +3x 2
l )z l (2x -3x 2
l )y
l }
(6a )N 2
={0 1-3x 2
l 2+2x
3
l
3 0 -(1-x l
)
z 0x -2x 2
l +x 3
l 2 0 3x 2
l 2-2x 3
l 3 0 -xz l 0
-x 2
l +x
3
l 2}(6b )N 3
={0 0 1-3x 2
l 2+2x 3
l
3 -(1-x l
)
y -x +2x 2
l -x 3
l 2 0 0 0 3x 2
l 2-2x 3
l 3 -xy
l x 2
l -x 3
l
2 0}(6c )
式(6)中的l 是第k 个梁单元的长度。由于考虑非线性效应,B 是由线性项B L 与非线性项B N 两部分组成的,即
B =B L +B N
(7)
将位移向量Δu 对x 求导,取线性及二阶非线性项,可得
ΔεL =B L Δq k
(8)ΔεN =B N Δq k /2
(9)Δε=ΔεL +ΔεN =B L Δq k +B N Δq k /2
(10)
其中
B L =
5N 1
5x
52N 2
5x 252N 35x 2
(11)
B N =
5N 15x Δq k 5N 15x +5N 25x Δq k 5N 25x +5N 35x Δq k
5N 3
5x 0 0
(12)
将式(10)代入虚功方程(2)并整理得
∫
V
(B L +B N )T (σ+ΔS )d V =ΔR
(13)
5
25第3期 王贵春,等:大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析
整理式(13)的左端,并注意到ΔS =D
Δε, σ={σx σy σz }
T
得∫
V (B L +B N )T (σ+ΔS )d V =
∫
V
B T
DB 3
d V ?
Δq k +∫V
B T
L
σd V +∫V
σx
(5N
T
1
5x
?5N 15x +5N T 25x ?5N 25x +5N T
35x
?5N 35x
)
d V ?
Δq k (14)其中B 3=B L +B N /2,D =Diag (EA EI y EI z )。式(14)等号右边第一项Δq k 的系数由K L 和K N 两部分构成,分别为
K L =
∫
V
B T
L DB L d V
(15)K N =
∫
V
(
12
B T L DB N +B T N DB 3
)d V (16)
其中:K L 即为梁单元的线弹性刚度矩阵;K N 为大变形非线性刚度矩阵。设式(14)等号右边第二项为
R
σ,则R σ=∫
V
B T σ
σd V 为单元应力的等效节点力向
量,移到式(13)等号右端。设式(14)等号右边第三
项为K
σΔq k ,则K σ=K σ1+K σ2
(17)K σ1=∫
V σx 5N T 15x 5N 15x
d V (18)K σ2=∫
V σx (5N T 25x 5N 25x +5N T 35x 5N 35x
)d V (19)其中:K σ为几何刚度,包含了弯矩对轴向刚度的影
响和轴向力对弯曲刚度的影响;K σ1
是单元轴向变形的几何刚度矩阵,反映了弯矩对轴向刚度的影响;K σ2
是弯曲几何刚度矩阵,反映了轴向力对弯曲刚度的影响。采用U.L.列式法,梁单元的刚度矩阵由以下三部分构成,即
K =K L +K σ+K N
(20)应该指出,在推导非线性刚度矩阵时,由于所使用的形函数和所做的假设不同,最后结果不尽相同。一般情况下,在跨度不是很大时,各种方法的计算结果差异不大,这时,应以实用而节省机时为准。对于大跨度乃至特大跨度桥梁,各种非线性影响变得显著,应该采用较精确的计算模型。212 索单元的单刚矩阵
斜拉桥自重引起的下垂导致了缆索的非线性特征。目前解决这一问题的方法常用Ernst 等效弹性模量法。即用直杆代替缆索,但对缆索的弹性模量进行修正。其等效切线弹性模量计算公式为
E eq =
E
1+
(wl H )2A E 12T 30
(21)
式中:E eq 为缆索的等效弹性模量;E 为缆索材料的弹性模量;w 为缆索单位长度重量;l H 为索单元的水
平投影长度;A 为缆索截面面积;T 0为缆索变形前的张力。这是由Ernst 在1965年首先提出来的,并在缆索结构中得到了广泛应用。这一方法给缆索结构分析带来了巨大的方便,并且在很多情况下能够满足精度要求。
213 单元质量矩阵,阻尼矩阵和等效节点荷载
采用一致质量矩阵和Rayleigh 阻尼法形成单元质量阵和阻尼阵,利用一致节点荷载法形成桥梁结构的节点荷载向量。当结构所有单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵均已确定后,只要适当地把它们叠加便可得到整个结构的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。
3 车桥系统振动微分方程的
建立及求解方法
建立了桥梁结构模型之后,要想分析车桥耦合振动问题,还需建立车辆的力学模型,从而建立车桥系统振动微分方程,并用两个子系统之间力和位移的协调条件使二者耦合起来。将车辆看成是由1个车体、2个转向架和4个(四轴车)或6个(六轴车)轮对组成的多刚体组合结构,这些刚体之间通过弹性和阻尼元件连接[14]。这样,车辆的振动方程为
M V ¨X V +C v X V +K V X V =F V (22)式中:下角标V 表示车辆;X V 为车辆位移向量,含有
23个分量(四轴车)或27个分量(六轴车); X V 、¨X V 分别为X V 对时间的一次、二次导数;M V 、C V 、K V 、F V 分别为车辆的质量阵、阻尼阵、刚度阵、所受荷载向量。而桥梁的振动方程为
M B ¨X B +C B X B +K B X B =F B
(23)
式中:下角标B 代表桥梁;X B 为桥梁结构节点位移
向量; X B 、¨X B 分别为X B 对时间的一次、二次导数;M B 、C B 、K B 、F B 分别为桥梁结构的总质量阵、阻尼阵、刚度阵、节点荷载向量。作者针对车桥系统动力相互作用的特点,建立了解决这一特殊问题的平衡迭代数值计算方法,并编制了计算机程序,可分别适用于平面分析和空间分析。同时,既可进行线性分析,也可进行非线性分析。
4 计算与分析
图2为广西红水河铁路斜桥结构示意图,主跨
625应用力学学报第25卷
96m ,是一座双塔双索面3跨预应力混凝土斜拉桥,主梁截面为单箱双室,缆索呈竖琴形布置。以东风4型内燃机车为例,利用本文建立的力学模型,模拟桥梁轨道不平顺样本的变化,借助于车桥耦合振动分析程序,进行了车桥系统振动分析,桥梁振动线性分析的位移时程曲线如图3所示;非线性分析的情况如图4所示
。
图5为一双塔双索面预应力混凝土铁路斜拉桥方案,主跨300m ,两个边跨各为142m 。主梁平均横截面面积为1017m 2,弹性模量为315×1010Pa 。索塔
平均横截面面积为3610m 2,弹性模量与主梁相同。拉索的横截面面积从内索到外索是逐渐增加的,其
中最内索为01012m 2,最外索为01036m 2,弹性模量为2109×1011Pa
。
图5 主跨300m 斜拉桥结构示意图
利用上述方法对图5所示斜拉桥进行了线性分析及非线性分析。图6和图7给出了桥梁竖向振动位移时间历程的典型情况。对该桥主要计算结果进行总结并列于表1和表2。表中数据除塔顶纵向位移外,均指中跨中点的振动位移
。
图6 主跨中点位移时程曲线(线性分析)
表1
不同不平顺样本时的桥梁最大振动位移(V =7210km/h )
不平顺样本
竖向位移/mm
横向位移/mm
171071022152163
116
117
比较图3和图4可知,对于红水河铁路斜拉桥来说,非线性分析与线性分析差异很小。这说明对于中、小跨度桥梁,几何非线性对动力分析结果的影响不大。
比较图6和图7可知,对于主跨为300m 的铁路斜拉桥方案来说,非线性分析与线性分析结果的差异变得显著。例如,当V =10810km/h 时,线性分析的最大位移约为415mm ,而非线性分析的最大位移约为619mm 这说明对大跨度桥梁进行非线性分析是必要的。
7
25第3期 王贵春,等:大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动非线性分析
图7 主跨中点位移时程曲线(非线性分析)表2 桥梁最大振动位移
车速/ (km/h)
竖向位移/
mm
横向位移/
mm
塔顶纵向位移/
mm
线性
分析
非线性
分析
考虑
折角
线性
分析
考虑
折角
线性
分析
1081041561941041231901028 721051061051151051001038 361031841731831231701022
5 结 论
1) 机车过桥时,车桥系统产生动力相互作用,其动力响应受多种因素的影响。其中车速、不平顺样本函数及桥梁轨道折角的影响较为显著。一般说来,当车速达到某一值时,产生最大动力响应;轨道不平顺程度越严重,结构动力响应越大;桥梁轨道折角对动力响应的影响是不可忽视的,这对于大跨度铁路斜拉桥来说具有重要的现实意义。
2) 当桥梁跨度较小时,可忽略结构的非线性效应;而当桥梁跨度增大时,非线性分析与线性分析之间的结果具有显著的差异,所以对大跨度乃至特大跨度斜拉桥进行非线性分析是必要的。
3) 塔顶纵向位移与桥梁中跨中点的竖向位移相比一般要小两个数量级,这是由于拉索的弹性变形使桥梁位移对索塔纵向位移的影响变得很微小的缘故。
4) 本文建立的大跨度铁路斜拉桥非线性动力分析三维模型,能够考虑结构的非线性性质,具有更加合理和广泛适用的特点。对广西红水河铁路斜拉桥和主跨300m双线铁路斜拉桥方案进行了实例计算,得出了一些车桥系统动力响应规律,同时也表明本文建立的模型应用于车桥系统耦合振动分析是有效的。
参 考 文 献
[1] 曹雪琴.钢桁梁桥横向振动[M].北京:中国铁道出版社,1991.
[2] 曾庆元,郭向荣.列车桥梁时变系统振动分析理论与应用[M].
北京:中国铁道出版社,1999.
[3] 夏禾.车辆与结构动力相互作用[M].北京:科学出版社,2002.
[4] 李小珍,强士中.列车2桥梁耦合振动研究的现状与发展趋势
[J].铁道学报,2002,24(5):1122120.
[5] Wang T L,Chu K H.Railway bridge/vehicle interaction stud2
ies wit h new vehicle model[J].Journal of Structural Engineer2 ing,1991,117(7):209922116.
[6] Song M K,Noh H C,Chol C K.A new t hree2dimensional fi2
nite element analysis model of high2speed train2bridge interac2 tions[J].Engineering Structures,2003,25:161121626. [7]Makoto T.Dynamic interaction analysis of an unlimited num2
ber of Shinkansen cars running on t he railway track[EB/OL].
[8] Karoumi R.Modeling of cable2stayed bridges for analysis of
traffic induced vibrations[EB/OL].http://www.ravenel2 https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,/～cf s/bridge/cable_stay_model.pdf
[9] 王贵春,潘家英,程庆国.铁路桥梁在列车荷载作用下的动力分
析[J].中国铁道科学,1996,17(4):80289.
[10]潘家英,程庆国.大跨度悬索桥有限位移分析[J].土木工程学
报,1994,27(1):1210.
[11]陈政清,曾庆元,颜全胜.空间杆系结构大挠度问题内力分析
UL列式法[J].土木工程学报,1992,25(2):34243.
[12]Nazmy A S,Abdel2Ghaffer A M.There2dimensional nonlinear
static analysis of cable2stayed bridges[J].Computers and Structures,1990,34(2):2572271.
[13]邹立华,王克海.用多元段变刚度杆单元分析钢筋混凝土斜拉
桥的非线性地震响应[J].应用力学学报,2005,22(3):4952 499.
[14]王贵春.大跨度铁路斜拉桥车激空间振动线性及非线性分析
[D].北京:铁道部科学研究院,1996.
825应用力学学报第25卷
changed into the squeeze 2film damper when the oil 2film decreases.Based on the theory of squeeze 2film ,Reynolds equation and the theory of limited long 2bearing are used to work out the oil 2film pressure expression of SFD.The 2oretical calculation is basically in accordance with the experimental data.Some differences between the theoretical and experimental results are discussed.
Keywor ds :oil dam per ,oil 2f il m t hick ness ,oil 2f il m p ressure.
Mechanical Model and Computational Analysis of C asing Plastic F ailure U nderlateral Loadng
A i Chi 1
Zhao W anchun 1
Guo B oy un
1,2
(Key Laboratory of education ministry for enhanced oil recovery ,Daqing Petroleum Instit ute ,150001,Daqing ,China )1
(University of Louisiana at Lafayette ,Louisiana ,U.S.A )2
Abstract :The resistance of casing string against t he lateral loads f rom t he yielding shales is discussed.Ac 2cording to t he p rinciple of virt ual work ,t he mechanical model is established which indicates t hat t he lateral loads are evenly dist ributed on t he shale sections ,and t he resistance of casing st ring to t he lateral loads drop s sharply in t he stage of develop ment of radial deformation.The resistance of casing st ring to t he lat 2eral loads is not very sensitive to t he longit udinal deformation.The remaining st rengt h of casing st ring also depends on p roperties of t he casing st ring.This work p rovides an analytical tool to optimize casing p ro 2grams against lateral loads f rom yielding clay zones to minimize casing failure and field operation cost.
Keywor d :casi ng f ail ure ,si de loa d ,vi rt ual w ork ,pl astic def orm ation.
Nonlinear Analysis of V ehicle 2bridge Coupled Vibration of
R ail w ay C able 2Stayed B ridges with Long Span
W ang Guichun 1
Pan J i ay i n g
2
Zhang X i n
1
(Zhengzhou University ,450001,Zhengzhou ,China )1 (China Academy of Railway Sciences ,100081,Beijing ,China )2
Abstract :Railway cable 2stayed bridge wit h long span may produce large deformation when vehicle passes t hrough t he bridge ,so t he geomet rically nonlinear characteristic becomes significant.St ruct ural geomet 2rical no nlinearity and t he characteristics of t he railway bridge ,a model of 32dimensional dynamic analysis of cable 2stayed bridge is developed.The Hongshui River railway cable 2stayed bridge in Guangxi and a double 2t rack railway cable 2stayed bridge plan wit h 300m main span are taken as examples to calculate t he bridge responses of vehicle 2bridge coupled vibration.The whole history of a locomotive passing on t he bridges is simulated and t he effect s of various factors on t he dynamic responses are analyzed.The result s indicate t hat for railway cable 2stayed bridge wit h long span ,t he difference between t he result s of nonlinear analysis and t ho se of linear analysis is obvious.It is necessary to consider t he st ruct ural geomet rical non 2linearity in analysis of vehicle 2bridge coupled vibration of railway cable 2stayed bridges wit h long span.
Keywor ds :railw ay cable 2st ayed bri d ge ,geomet rical nonli nearit y ,f i nite dis pl acement t heory ,vehicle 2
bri d ge cou pled vibration ,d y namic anal ysis.
No.3 C HIN ESE J OU RNAL OF A PPL IED M ECHAN ICS
铁路 车桥耦合研究方法 文献阅读笔记 铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期便在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一向是陆上运输的主力。二次大战以后，汽车技术得到改进，高速公路亦大量建成，加上民航的普及，使铁路运输慢慢走向下坡。特别在美国，政府的投资主要放在公路的建设上，不少城市内的公共交通曾一度被遗弃。 高速铁路（简称高铁），是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使最高营运速率达到不小于每小时200公里，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。 铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在我国经济社会发展中具有十分重要的作用。随着经济的快速发展，特别是改革开放以来，我国各个层面的人员交流与货物运输空前繁荣。 作为我国主要运输方式，铁路的改造变革势在必行。我国的高速铁路就是在这一大背景下发展起来的 现代高速铁路具有载客量高、输送力强、速度较快、正点率高等特点 高速铁路设计中对路线的相关参数要求比一般铁路要严格得多。高速铁路与普通铁路相比，曲线半径较大，坡度较小，且需要在全封闭状态下行车。 党的十六大以来，铁路运输生产力快速发展，改革不断深化，运输效率和效益显著提高。但铁路运输能力紧张问题仍然很突出，严重不适应经济社会发展的需要，铁路网规模的扩张严重滞后于国民经济发展的速度。1978年至2007年，中国GDP由 3645亿元增加到24.95万亿元，增长了67.5倍，年均实际增长9.8%。1978年至2007年，中国工业一直保持快速增长，主要工业产品产量迅速增加，煤炭增长了3.1倍，粗钢增长了14.4倍，石油增长了79.1%，发电量增长了11.8倍，水泥增长了19.9倍，化肥增长了5.7倍。改革开放30年来，铁路虽然也取得了长足进步，但与国民经济持续快速增长相比，发展是滞后的。1978年到2007年，全国铁路营业里程从5.17万公里增长到 7.8万公里，增长50.9%，年均仅增长1.4%。 在我国现有的高速铁路中，桥梁所占比例非常大。其中广珠城际铁路桥梁比例为94%，京津城际铁路桥梁占线路长度的88%，京沪高速铁路桥梁占线路总长的80%，总体来看我国高铁总里程中桥梁占线路总长超过50%。 基本特点 1、高速铁路非常平顺，以保证行车安全和舒适性，高速铁路都是无缝钢轨，而且时速300公里以上的高速铁路采用的是无砟轨道，就是没有石子的整体式道床来保证平顺性。 2、高速铁路的弯道少，弯道半径大，道岔都是可动心高速道岔。 3、大量采用高架桥梁和隧道。来保证平顺性和缩短距离。 4、高速铁路的接触网，就是火车顶上的电线的悬挂方式也与普通铁路不同，来保证高速动车组的接触稳定和耐久性。 5、高速铁路的信号控制系统比普通铁路高级，因为发车密度大，车速快，安全性一定要高。
使用MIDAS/Civil做斜拉桥分析时的一些注意事项 斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法进行较大的调整。对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就是斜拉索的张拉力。 确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公路桥梁设计丛书－《斜拉桥》。 MIDAS/Civil程序针对斜拉桥的张拉力确定、施工阶段分析、非线性分析等提供了多种解决方案，下面就一些功能的目的、适用对象和注意事项做一些说明。 1．未闭合力功能 通常，在进行斜拉桥分析时，第一步是进行成桥状态分析，即建立成桥模型，考虑结构自重、二期恒载、斜拉索的初拉力（单位力），进行静力线性分析后，利用“未知荷载系数”的功能，根据影响矩阵求出满足所设定的约束条件（线形和内力状态）的初拉力系数。此时斜拉索需采用桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大，而且影响矩阵法的适用前提是荷载效应的线性叠加(荷载组合)成立。 第二步是利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力），建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。 第三步是根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时斜拉索仍需采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控制对话框中选择“体外力”。 但是设计人员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果是不闭合的。这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。即，初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响；而在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。 MIDAS/Civil能够在小位移分析中考虑假想位移，以无应力长为基础进行正装分析。这种通过无应力长与索长度的关系计算索初拉力的功能叫未闭合配合力功能。未闭合配合力具体包括两部分，一是因为施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力，二是为使安装合拢段时达到设计的成桥阶段状态合拢段上也会产生附加的内力。利用此功能可不必进行倒拆分析，只要进行正装分析就能得到最终理想的设计桥型和内力结果。 重新说明一下的话，首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的，设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力，利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法，从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求，又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。 其次利用MIDAS/Civil的未闭合力功能，设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的
中国高速铁路桥梁建设的发展 摘要：随着我国经济社会的迅速发展，对各种交通方式的需求的增加，很大程度上刺激了铁路运输的发展。面对激烈的竞争，铁路运输开始转向高速化、重载化和多式运输的综合性方向发展，进而促使中国高速铁路网络的进一步完善。了解中国高速铁路桥梁建设的发展，需要在知道其具体应用的基础上，分析中国高速铁路桥梁建设的技术特点和制约因素，并对其的进一步发展加以展望。abstract： with china’s rapid economic and social development， the demands for the various transport modes are rapidly increasing， so it largely stimulated the development of rail transport. faced with fierce competition， rail transport is developing towards the comprehensive direction of high-speed， heavy and multi-modal transport， thereby promoting the further improvement of china high-speed rail network. to learn the development of china high-speed railway bridge construction， it needs to know the specific application， based on that， analyze its technical characteristics and constraints， and outlook its further development. 关键词：高速铁路；桥梁建设；技术特点；制约因素；发展 key words： high-speed rail；bridge construction；technical characteristics；constraints；development
高速铁路桥梁综述 【摘要】高速铁路桥梁在高铁建设中起到了至关重要的作用，我国高速铁路桥梁的建设发展迅速，与实际工程结合中也凸显其特色。本文全面介绍了高速铁路桥梁的特点，我国高速铁路桥梁的主要设计标准及主要结构型式，提出了在基础理论研究、新技术的应用方面与国外存在的差距及急需解决的问题。 【关键词】高速铁路桥梁；发展；特点；结构形式 前言 高速铁路桥梁可分为高架桥、谷架桥和跨越河流的一般桥梁。其中，高架桥用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段，通常墩身不高，跨度较小，桥梁往往长达十余公里；谷架桥用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高。由于桥梁建设投资规模大，列车高速运行时对桥上线路的平顺性要求高，特别是采用无渣轨道技术后，对桥梁的变形控制提出了更高的要求，因此高速铁路桥梁是我国高速铁路建设中重点研究的问题之一。 1 高速铁路桥梁的发展现状： 桥梁建设作为高速铁路土建工程的重要组成部分，主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适。以京沪高速铁路为例，它经过的区域是东部经济发达地区，京沪高速铁路桥梁总长达1060km，桥梁比重为80%。我国通过借鉴德国、日本等国高速铁路桥梁先进技术和成功建设经验，逐渐完善技术的同时形成自己的特色。 2 高速铁路桥梁的特点 桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分，与普通铁路桥梁相比，在数量、设计理念及方法、耐久性要求、养护维修等诸多方面都存在较大差异。其特点可归纳为以下几个方面： （1）高架桥所占比例大。主要原因是在平原、软土以及人口和建筑密集地区，通常采用高架桥通过。 （2）大量采用简支箱梁结构形式。根据我国高速铁路建设规模、工期要求和技术特点，通过深入的技术比较，确定以32m简支箱梁作为标准跨度，整孔预制架设施工。 （3）大跨度桥多。据统计，在建与拟建客运专线中，100m以上跨度的高速桥梁至少在200座以上。其中，预应力混凝土连续梁桥的最大跨度为128m，预应力混凝土刚构桥的最大跨度为180m。
公路桥梁车桥耦合振动研究 【摘要】近年来，我国路桥工程建设为交通行驶创造了优越的环境，推动了地区之间的经济文化交流，促进了国民经济收入水平的提高。与发达国家相比，国内路桥施工技术相对落后，对动力学理论研究不足误导了后期作业秩序，限制了路桥结构性能的充分发挥。“车桥耦合振动”现象是路桥交通的常见现象，若控制不当则会影响路桥的使用寿命及运行状态。针对这一点，本文分析了影响车桥耦合振动的相关因素，并通过计算机建立自动分析平台，为路桥交通的正常运行提供了帮助。 【关键词】路桥；耦合振动；成因；处理对策 耦合振动是动力学理论中研究的重点，对不同物体在不同状态下的受力情况进行了详细地分析。车桥耦合振动是由于车辆与路桥结构之间产生相互的力作用，两种受力荷载大小相同时易产生车桥耦合振动现象，约束了路桥结构性能的正常发挥，不利于交通行驶的安全运行。工程单位在维护路桥工程阶段，应加强车桥耦合振动的分析，结合具体原因制定有效的控制对策。 一、车桥耦合振动研究的现状 从本质上看，车桥耦合振动是一种相互性的力学作用，力学作用控制不当会限制路桥性能的发挥。车辆过桥时会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来也会影响车辆的振动，即形成车桥耦合振动问题。当前，我国公路交通运输的全面提速，为了有效的对既有桥梁运营状态进行评估，以及对新建、改建桥梁进行优化设计，均需对车辆过桥时的车桥耦合振动问题进行分析[1]。随着公路交通事业的迅速发展，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。车辆和桥梁间力学作用形式多样，会呈现出不同的动力特点，如：车辆的动力特性，车型、阻尼、自振频率等；桥梁结构的动力特性，质量与刚度分布、桥跨结构形式、材料阻尼等；桥头引道和桥面的平整状态、伸缩缝装置及桥头沉陷的状况。而计算机仿真模拟是目前最方便、最快捷、最经济的计算分析方法。 二、计算机力学模型研究的优点 从长远角度考虑，选择一种通用性强、应用性广、开发前景广阔的研究模式，分析车桥耦合振动响应具有多方面的意义。由于车桥耦合振动属于力学理论研究的范畴，其在分析时必须要结合力学模型，以保证研究结果的准确性。计算机操作系统在数据处理方面具有明显的优势，通过计算机平台建立力学模型，帮助研究者更加深入地分析耦合振动情况。数据库是计算机中存储信息的主要区域，为了保证车桥振动时力学数据得到准确地计算，应利用数据挖掘功能进一步分析力学模型，以获得与耦合振动相关的力学参数。从实际操作情况看，数据挖掘的优越性表现：一是高效性，由于采用了计算机操作平台，调用数据库资源显得更加便捷，数据挖掘有助于数据操作效率的提升；二是时效性，与传统观数据处理模式相比，数据挖掘采用了自动化处理平台，短时间内可完成数据信息的检查审核工作[2]。数据挖掘具备了这些优势，为其在车桥耦合振动中的运用创造了有利
斜拉桥拉索自振频率分析 摘要：应用数理方程知识和有限元理论，分别求得斜拉索自振频率的解析解和数值解，并将两种方法得到的结果进行比对，证明了解析法和有限单元法的可靠性，为拉索的风雨激振和参数共振分析提供基础。 关键词：斜拉桥；拉索；自振频率 Abstract: the application of mathematical equations knowledge and finite element theory, respectively given.according vibration frequency of stay-cables analytical solution and the numerical solution, and will by the two methods than the results, and proves the analytic method and finite element method of reliability, for the storm of the lasso excitation and parameter resonance analysis provides the foundation. Keywords: cable-stayed bridge; The lasso; The natural frequency of vibration of 1. 引言 随斜拉桥跨度的不断增大，斜拉索变得越来越长，因为索的大柔度、小质量和小阻尼等特点，极易在风雨、地震及交通等荷载激励下发生振动[1]。长拉索前几阶频率在0.2-0.3Hz时，模态阻尼比只有0.1%，更有可能发生大幅的摆动。迄今，已有许多斜拉索风致振动的报导：日本结构工程协会(Japan Institute of Construction Engineering) 在1988 年一年内对日本的五座斜拉桥斜拉索振动进行了观测和测量，发现它们的最大振幅如下：Brotoni桥达600毫米，Kofin桥达1000毫米，Meikeh桥达600毫米，Aratsu桥达300毫米，大约为直径的两倍。在国内，1992 年南浦大桥在一次风雨联合作用的情况下浦西岸尾部几根斜拉索发生了较大的振动；杨浦大桥尾索在风雨共振作用下也发生过剧烈的振动，最大振幅超过l米。2001年，在南京长江二桥通车前，桥上斜拉索在风雨激振下发生大幅摆动，导致安装在梁端的部分油阻尼器损坏[3-5]。 目前对斜拉索风致振动的研究主要集中在单索的风致振动，已经发现的斜拉索可能的振动类型主要包括以下六类：(1) 顺向风振动；(2) 风雨激振；(3) 横风向驰振；(4) 涡激共振；(5) 参数共振。 1. 顺向风振动是拉索振动最常见的一种。由于风速可以分解为平均风速和脉动风速，风对拉索的作用也表现为平均风引起的静内力、静位移和脉动风引起拉索的振动响应，包括动内力、动位移和振动加速度。
xx高速铁路的发展现状与前景 众所周知，中国高速铁路在最近几年有了极大的发展，而我也非常荣幸可以聆听孙永福院士的讲座，进一步对我国的高速铁路有了了解。在此我也高速铁路谈谈我浅薄的了解和看法。 1.我国高铁发展现状 我国高速铁路网分骨干网、重要的区域网、大城市之间的城际高铁等三种类型，骨干网就是指规划的四纵四横干线网，“四纵”是指四条纵向铁路客运专线： 纵贯京津沪和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区，全长1 318公里的北京到上海客运专线；连接华北、华中和华南地区，全长2 260公里的北京经武汉、广州到深圳的客运专线；连接东北和关内地区，全长约1 700公里的北京经沈阳、大连到哈尔滨的客运专线；连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区，全长约1600公里的杭州经宁波、福州到深圳的客运专线。“四横”则是连接西北和华东地区，全长约1 400公里的四条横向铁路客运专线： 徐州经郑州到兰州的客运专线；连接华中和华东地区，全长约880公里的杭州经南昌到长沙的客运专线；连接华北和华东地区，全长约770公里的青岛经石家庄到太原的客运专线；连接西南、华中和华东地区，全长约2 078公里的上海经南京、合肥、武汉、重庆到成都的客运专线。按高铁建设等级分为无砟道床的时速350公里/小时的高铁和时速250公里/小时的有砟道床的准高铁。 中国高铁的特点是大量采用高速桥梁和无砟道床技术，采用超大半径弯道，既消除平交道口和行人干扰，又保证路基的平顺，防止路基沉降。尤其是大量采用高速桥梁，使得一望无际的数十公里乃至数百公里的高速桥梁屹立在广阔平原上，非常雄伟壮观，成为一道靓丽的风景线。 2.xx高铁技术 目前中国所掌握的高铁技术有车体设计和空气动力学；高速道岔（250公里，部分进口）；板式轨道；列控系统（部分芯片进口）；逆变器，变流器，电动机（部分零件进口）。没有掌握的主要是轴承和车轮。中国铁路在高速动车组、高速铁路基础设施建造技术和既有线提速技术等方面都达到了世界先进
京沪高速铁路桥梁概况 高速办王兴铎 内容摘要：本文从京沪高速铁路桥梁的特点、设计和施工三方面对京沪铁路桥梁的前期研究及现状做简要介绍。 一、京沪高速铁路桥梁的特点 高速铁路具有安全、高速、舒适的巨大优势，这也对基础设施提出了更高的要求，要求线下结构具有良好的平顺性。桥梁作为重要的基础设施和线下结构的重要组成部分，能否满足安全、高速、舒适的要求，对高速铁路全线具有举足轻重的作用。 桥梁结构如何顺应高速铁路的要求，与既有线铁路桥梁相比有那些特点。概括起来说就是：一小、二大、三重、四多。 1、一小，就是变形小。 为保证高速铁路线路的平顺性，必须要求高速铁路桥梁的变形要小。引起桥梁变形的主要因素有：梁体自重、二期恒载、列车活载、施加预应力及温度应力等。受这些内外部因素的影响桥梁结构势必要产生变形，但我们对这些变形一定要加以限制，具体的要求如下： （1）梁体的竖向挠度的要求 在ZK活载（ZK活载详见第二节）作用下梁体的竖向挠度应不小于表1所示的限值。 表1 京沪高速铁路梁体竖向挠度限值（L为桥梁跨度）
实际设计为：在设计荷载作用下1/3000----1/4000，在运营荷载作用下1/7000----1/8000。 （2）梁端竖向折角不应大于2‰；水平折角不应大于1‰。 （3）拱桥和刚架桥的竖向挠度，除考虑ZK活载的静力作用外，尚应计入温度变形的影响。此时梁体竖向挠度，按下列情况之不利者取值，并满足本条所列限值的要求。 1）ZK活载静力作用下产生的挠度值与0.5倍温度引起的挠度值之和； 2)0.63倍ZK活载静力作用下产生的挠度值与全部温度引起的挠度值之和； （4）在列车摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体横向的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000，为竖向的1/2。 （5）ZK活载作用下，梁体允许最大扭转角应为1‰。 （6）预应力混凝土梁的徐变上拱值应严格控制。线路铺设后，有渣桥面梁的徐变上拱值不宜大于20MM，无渣桥面梁的徐变上拱值不应大于10MM。上拱度的控制方法：a施加预应力的方法, b预应力的设置, c张拉完成后静停2个月。 （7）墩台基础的沉降量应按恒载计算，对于外静定结构，其拱后沉降量不应超过下列容许值：(墩顶位移:纵向5L1/2mm，横向4L1/2mm，并且不大于5mm) 对于有渣桥面桥梁：墩台均匀沉降量 50mm 相邻墩台沉降量之差 20mm
Engineering 2 (2016) xxx–xxx Research Rail Transit—Article 车桥耦合动力分析方法及验证 张楠*，田园，夏禾 School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China a r t i c l e i n f o 摘要 Article history: Received 5 May 2016Revised 25 May 2016 Accepted 26 November 2016 Available online 13 December 2016 本文系统研究了车桥耦合动力系统的分析方法。随着铁路技术的发展，车桥耦合动力分析日臻成熟，此类研究对评判桥梁设计方案、确保列车运行的安全性与平稳性具有重要意义。车桥耦合动力研究中考虑轨道不平顺、结构变形、风荷载、撞击荷载、结构损伤、基础冲刷和地震等因素的影响，其研究方法主要包括解析法、数值模拟法以及试验研究法三类。本文的车辆子系统模型以刚体动力学方法建立，桥梁子系统模型以有限元方法建立，竖向与横向轮轨关系分别以轮轨密贴假定和Kalker 线性蠕滑理论定义。车桥耦合动力方程以全过程迭代法求解。算例讨论了CRH380BL 高速列车通过我国标准设计桥梁的动力响应，计算了车速200~400 km·h –1范围内车辆与桥梁子系统的动力响应，并分析了振动发生的机理。 ? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,/licenses/by-nc-nd/4.0/). 关键词 车桥耦合系统轮轨关系 全过程迭代法现场试验验证 1. 概述 1.1. 车桥耦合动力分析的研究背景 随着行车速度的提高、荷载的加大，桥梁结构的动力问题日益突出，列车过桥时由于桥梁振动导致的结构安全性、动力承载力和使用可靠性等正在成为人们广泛关注的重要问题。车桥动力反应的分析结果可直接用于桥梁动力性能评估、动力加固方法的确定和加固效果的评估。因此，对车辆-桥梁动力相互作用进行综合研究，保障桥梁动力性能及行驶车辆的走行性和安全性，是铁路桥梁研究设计的工程需要，具有十分重要的意义。 早在19世纪40年代，国外就开始了铁路桥梁动力响应问题的研究工作。但是，由于车辆荷载作用下的桥梁振动是一个复杂的课题，要得到符合实际的结果，必须 考虑很多因素，包括车体和转向架的质量，阻尼器和弹簧的作用，行车速度，梁跨和墩台的质量、刚度和阻尼，桥上轨道结构的型式，轨道的动力特性，车轮和轨道、轨道和梁之间的动力相互作用关系等。此外，还有车轮的不平顺、轨道的几何不平顺和动力不平顺以及轮对的蛇行运动等很多随机因素，使得体系的力学模型十分复杂。因此，以往的研究不得不采用种种近似方法，往往带有较大的局限性。只是在近几十年，随着计算机的广泛应用和数值方法的发展，利用各种各样的数值解法，才使这个问题的研究有了较大的进展。 车桥耦合振动是一个涉及桥梁工程学、交通工程学、车辆动力学、轨道力学、风工程学、地震工程学、碰撞工程学以及振动控制等多个工程科学领域的复杂的研究体系，如图1所示。 * Corresponding author. E-mail address : nanzhang@https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html, 2095-8099/? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,/licenses/by-nc-nd/4.0/). 英文原文: Engineering 2016, 2(4):528–536 引用本文: Nan Zhang, Yuan Tian, He Xia. A Train-Bridge Dynamic Interaction Analysis Method and Its Experimental Validation. Engineering , https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,/10.1016/J.ENG.2016.04.012 Contents lists available at ScienceDirect j our na l h om epa ge: w w https://www.doczj.com/doc/ee12211145.html,/locate/eng Engineering
姓名：夏立新 班级：土木1006 学号：1208101625
高速铁路的发展与展望 夏立新 中南大学土木工程学院 摘要：2013年10月，中泰两国政府签署协议，明确中国将帮助泰国建设高铁，泰国则以大米等农产品抵偿部分投资，这一合作方式被形象地称为“大米换高铁”。这是中国继723事故以来，高铁走出国门的重要一步，也意味着中国高铁即将迎来有一个春天。本文主要讲述中国高铁历年的发展与改革，同时为高铁规划一副蓝图。 关键词：高速铁路；发展；优越性 1.中国高铁的现状 高速铁路的定义是随着世界科学技术的发展和客观条件的变化而变化的。在世界上首先以法律条文明确高速铁路定义的是日本，1970年5月，日本在第71号法律《全国新干线铁路整备法》中规定：“列车在主要区间以200㎞/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路”。也有一些其它区分，如将最高时速160公里划归为高速铁路，但在众多进入高速铁路时代的各国高速列车，一般最高时速均200公里以上，因此人们又往往习惯于把时速在200公里以上的干线铁道称作高速铁路。 2008年8月，中国第一条高铁——京津城际铁路开通。时至今日，中国的高铁总里程已突破1万公里，约占世界高铁运营里程的45%，稳居世界高铁里程榜首。 我国铁路系统瞄准世界铁路先进水平，运用后发优势，博采众家之长，坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，用短短几年时间，推动我国高速铁路技术走在世界最前列。2010年底，我国铁路营业里程达到9.1万公里，居世界第二位；投入运营的高速铁路营业里程达到8,358公里，居世界第一位。2011年高铁预计将建成通车4,715公里，合计13,000公里以上。新线合计7,901公里，共计98,901公里。现在我国已成为世界上高速铁路系统
用MIDAS/Civil做斜拉桥正装分析 1. 斜拉桥正装分析和未闭合配合力功能 在斜拉桥设计中，可通过成桥阶段分析得到结构的一些必要数据、拉索的截面和张力等，除此之外斜拉桥还需要进行施工阶段分析。 根据施工方法的不同，斜拉桥的结构体系会发生显著的变化，施工中有可能产生比成桥阶段更不利的结果，所以斜拉桥的设计要做施工阶段分析。按施工的顺序进行分析的方法叫施工阶段的正装分析(Forward Analysis)。一般通过正装分析验算各个施工阶段的产生应力，检查施工方法的可行性，最终找出最佳的施工方法。 进行正装分析比较困难的是如何输入拉索的初始张拉力，为了得到初始张拉力值通常先进行倒拆分析，然后再利用求出的初始张拉力进行正装分析。 采用这种分析方法，工程师普遍会经历的困惑是： 1) 在进行正装分析时可以看出正装和倒拆的张力不闭合。 2) 因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。初始平衡状态分析（成桥阶段分析）时，同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响。但在正装分析时，合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形，合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。如上所述，结构体系的差异导致了初始平衡状态分析（成桥阶段分析）与正装分析的最终阶段的结果产生了差异。 产生上述张力不闭合的原因，大部分是因为工程师没有完全把握索的基本原理或没有适当的分析软件。实际上是不应该产生内力不闭合的，其理由如下： 1) 从理论上讲，在弹性范围内正装分析和倒拆分析在同一阶段的结果应该相同。 2) 如果在计算时考虑合拢段在合拢时的闭合力，就能够得出与初始平衡状态分析(成桥阶段分析)相同的结果。 从斜拉索的基本原理上看，倒拆分析就是以初始平衡状态（成桥阶段）为参考计算出索的无应力长，再根据结构体系的变化计算索的长度变化，从而得出索的各阶段张力。一个可行的施工阶段设计，其正装分析同样可以以成桥阶段的张力为基础求出索的无应力长，然后考虑各施工阶段的索长变化得出各施工阶段索的张力。目前以上述理论为基础的程序都是大位移分析为主，其原因是悬臂法施工在安装拉索时的实际长度取值是按实际位移计算的。一般来说新安装的构件会沿着之前安装的构件切线方向安装，进行大位移分析时时，因为切线安装产生的假想位移是很容
第1章系统概述 (1) 1.1系统特点 (1) 1.2软件功能 (1) 1.2.1车辆子系统 (2) 1.2.2激励模型 (2) 1.2.3桥梁/轨道子系统 (3) 1.2.4求解方法 (3) 1.2.5后处理 (3) 1.3计算流程 (4) 第2章软件安装与运行方式 (6) 2.1软件安装 (6) 2.2运行方式 (6) 第3章前处理所需文本文件定义 (8) 3.1输入文件概述 (8) 3.2桥梁/轨道子结构：Modal_Substructure_Bridge.dat (9) 3.2.1第一行控制参数 (9) 3.2.2第二行后的节点坐标参数 (10) 3.2.3轨道节点编号 (10) 3.2.4集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (10) 3.2.5与仿真计算同步输出桥梁响应的节点个数 (11) 3.2.6桥梁/轨道结构模态信息 (11) 3.2.7后处理考察节点位移和应力/内力定义 (13) 3.3车辆子结构：Modal_Substructure_Vehicletypes.dat (13) 3.3.1第一行控制参数 (13) 3.3.2第二行控制参数 (14) 3.3.3第二行后的节点坐标参数 (14) 3.3.4车轮节点编号 (14) 3.3.5车轮静载、轮轨/路面耦合类型 (16) 3.3.6车轮刚度、阻尼和质量等参数定义 (16) 3.3.7集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (16) 3.3.8与仿真计算同步输出车辆响应的节点个数 (17) 3.3.9车辆结构模态信息 (17) 3.3.10其他车辆的定义 (17) 3.4集中阻尼和非线性弹簧：NonlinearSpringParameters.dat (18)
我国高速公路发展史与趋势 在我国铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。新中国成立以来，尤其是改革开放以来，中国铁路取得了长足进步，为经济建设做出了重要贡献。但与其他行业相比，铁路发展相对滞后，运输能力严重不足，“一票难求、一车难求”的现象十分突出，铁路成为制约经济社会发展的“瓶颈”。 从世界范围看，速度作为交通运输现代化的重要标志之一，往往在很大程度上影响着某种运输方式或某种交通工具的兴衰。铁路自诞生以来，正是由于它在运输速度和运输能力上的巨大优势，才在很长的历史时期内成为世界各国交通运输的骨干，极大地推动着社会进步和历史进程。曾几何时，由于忽视了提高行车速度，铁路在速度方面的优势迅速缩小，甚至消失。速度慢成了阻碍铁路发展的重要因素之一。 20世纪中叶以来，世界铁路以高速客运为突破口开始了新一轮的复兴。高速铁路的问世，使一度被人们称为“夕阳产业”的铁路焕发了青春，出现了新的生机。客运高速化是世界铁路发展的趋势。在许多国家，越来越多的旅客把乘坐舒适便捷的高速列车作为出行的首选。建设现代化的中国铁路，同样必须在速度上“突出重围”。
高速铁路具有速度快、运量大、节约土地、节能环保等明显优势。发展高速铁路，符合中国经济社会发展需要，对于构建现代综合交通运输体系，具有重要作用。 中国在高速铁路领域的发展较世界上部分发达国家晚，起步较其晚了20至30年，但自21世纪以来发展迅速。世界上第一条高速铁路是1964年开通的日本东海岛新干线。1978年10月26日，时任国家副总理的邓小平乘坐新干线列车赴文化古城京都访问。他对随行的记者说乘坐新干线列车的感觉：“就感觉到快，就像推着我们跑一样，我们现在正合适坐这样的车！”1990年，在邓小平乘坐新干线22年后，铁道部完成了“京沪高速铁路线路方案构想报告”，这是中国首次正式提出兴建高速铁路。 1991年，经国务院批准，广深准高速铁路立项。同年12月，广深铁路改造工程开始动工。1994年，国务院批准了开展京沪高速铁路预可行性研究。同年，改造后的广深铁路开行中国首列准高速旅客列车，运行时速在120—160公里之间，广深铁路也成为中国第一条准高速铁路。 高速铁路发展的重要部分——铁路六次大提速（1997—2007）1997年4月1日，中国第一次铁路大提速，最高运行时速达到140公里。这一次提速是中国铁路运输的一次变革，开启了中国铁路大发展的时代。1997年，1998年，2000年，2001年，2004年，2007年，中国铁路完成了六次大提速。 1998年6月2日，在中国科学院和中国工程院两院院士大会上，
斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析 斜拉桥斜拉索的主要病害及成因分析 摘要：我国的斜拉桥起步较晚，1975年建成的跨径76m的四川云阳桥是国内第一座斜拉桥，80年代中后期是我国斜拉桥发展的鼎盛时期，至今为止建成或正在施工的斜拉桥共有100余座，其中跨径大于200m的有52座。跨度超过400m的斜拉桥已达20座，居世界首位。由于斜拉桥的成桥使用条件比较复杂且防护技术也不完善，因此，在斜拉桥运营若干年之后，桥体不可避免地会出现许多病害。 拉索是斜拉桥的主要受力构件，对斜拉结构桥梁的结构安全和实用寿命具有直接的重要影响。然而，斜拉索从出现时起，就不可避免地受到腐蚀退化、振动疲劳衰减等各种不利因素的作用。 关键词：斜拉索；防护系统；主要病害；成因分析 中图分类号： U448 文献标识码： A 1.拉索病害及成因分析 在斜拉桥设计、施工和使用过程中，尽管对斜拉索采取了各种防腐、减隔振措施，但由于方法、工艺、材料等不合理，使得斜拉索病害已成为制约斜拉桥使用寿命的关键性因素。因此，分析斜拉索病害原因，在设计、施工和使用斜拉桥时给予足够的重视，并采取各种有效措施延长拉索的使用寿命。 1.1拉索腐蚀 腐蚀是物质与介质作用而引起的变质或破坏。由于腐蚀过程是自发的，所以在斜拉桥整个寿命期内，拉索的腐蚀破坏将会始终存在。 ①拉索腐蚀部位 拉索钢丝腐蚀程度基本上取决于橡胶护套的破损程度，因为这是雨水或露水顺钢索流入或渗入护套内产生的结果，所以钢丝腐蚀有两个明显特点：腐蚀程度大体遵循“上轻下重”规律，即处于较高位置的钢丝腐蚀较轻，处于较低位置的钢丝腐蚀较重；腐蚀较严重的部位，往往是靠近护套破损的部位以及破损处以下的一段部位。 ②拉索腐蚀成因
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用 作者：黄江广安区交通运输局 摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。 关键词：位移耦合生死单元位移接触 1前言 车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。 2方法介绍 位移耦合法 位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。采用位移耦合法时赢注意以下几点： ①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。 ②阻尼问题。ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。 ③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。 ④理论推导中没有考虑梁体自重引起的变形，在ANSYS中也不应考虑该变形，因梁体存在质量，如施加重力加速度则必然产生自重变形，因此可对移动质
我国高速铁路的现状与未来 近年来，我国为缓解随着社会经济发展不断增长的交通需求开始了高速铁路的建设。迄今已有数条专线建成通车，为人们的生活带来了极大的便利；正在建设中的高铁里程多达近万公里。本文将会从我国高速铁路的发展历程、高速铁路发展的影响、高速铁路的发展前景这几个方面着手，介绍我国高铁的现状与未来。 一、我国高速铁路的发展历程 铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期便在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一向是陆上运输的主力。但早期铁路的速度称不上高速，一度还因公路运输等运输方式的崛起而丧失其主导地位。现在我们所讨论的高速铁路，指的是最高运行时速在200公里以上的铁路。 世界上首条出现的高速铁路是日本的新干线，于1964年正式营运。日系新干线列车由川崎重工建造，行驶在东京－名古屋－京都－大阪的东海道新干线，营运速度每小时271公里，营运最高时速300公里。 我国发展高速铁路起步较晚，属于国际高铁发展的第三次浪潮，但进步很快，取得了丰硕的成果。党的十六大以后，以胡锦涛同志为总书记的党中央从落实科学发展观、实现国民经济又好又快发展的战略全局出发，作出了加快发展铁路的战略决策。胡锦涛总书记明确指出，铁路作为国民经济的大动脉、国家重要的基础设施和大众化的交通工具，在我国经济社会发展中具有重要作用，当前和今后一个时期是铁路建设的黄金机遇期，要抓住机遇，加快发展。2004年1月，国务院常务会议通过了我国历史上第一个《中长期铁路网规划》。其中提出到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，建设客运专线1.2万公里以上，并绘就了“四纵四横”快速客运专线网。2004年4月，国务院召开会议专题研究铁路机车车辆装备有关问题。明确提出“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的基本方针，确定了引进少量原装、国内散件组装和国内生产的项目运作模式。这是党中央、国务院对高速铁路发展作出的“引进、消化、吸收、再创新”的科学决策，也是具有中国特色的自主创新“高铁模式”。 2008年8月1日，京津城际高速铁路正式通车，运营时速达到350公里(瞬间时速达394.3公里)，创造了世界高铁运营的第一速度2009年12月26日，武广高速铁路建成通车，这是世界上一次建成里程最长(1069公里)的、运营速度最快(瞬间时速达394.2公里)的高速铁路；2010年2月6日，世界首条修建在湿陷性黄土地区，时速350km的郑西高速铁路正式开通；2010年7月1日，沪宁城际高速铁路的开通运营。并且，日本的高速铁路和既有线不兼容，德国、法国高铁和既有线是采取高速列车下线覆盖既有线，中国高铁是和既有线跨线运行，在推进铁路高速化的同时，保持了完整的中国客运铁路网。中国高速列车通过引进先进技术消化吸收，完全国产化生产了时速200～250公里的高速列车；自主设计研制了时速350公里动车组。2008年2月26日，铁道部和科技部签署了《中国高速列车自主创新联合行动计划》，共同研发运营时速380公里的新一代高速列车，设计的运行速度、综合舒适度均高于国外，这新一代高速列车即将下线。 总之，中国高速铁路用5年的时间走完了国际上40年的发展历程，现已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最快、应用范围最广、在建规模最大的国家。走出了一条具有中国特色的自主创新之路。 二、高速铁路发展的影响
浅析中国高速铁路建设的现状及利弊 呼铁局包头西站孙建强 高速铁路是一个集各项最先进的铁路技术、先进的运营管理方式、市场营销和资金筹措在内的十分复杂的系统工程，具有高效率的运营体系，它包含了基础设施建设、机车车辆配置、站车运营规则等多方面的技术与管理。本文从中国高速铁路建设发展出发，总结了高速铁路定义和主要类型，分析了中国高速铁路建设发展现状与趋势，以供同行参考。 1 高速铁路定义和主要类型 高速铁路一般是指运行速度达200公里/小时以上的铁路，是由适合于高速运行的基础设施、固定设备、移动设备，完善且科学的安全保障系统和运输组织方法有机结合起来的庞大的系统工程，是当代高新技术的综合集成。高速铁路按列车的支承和推进原理可分为轮轨式和磁浮式；按建造和运营方式，轮轨式可分为新建客运专线、新建客货共线和既有线改造提速三种类型；轮轨高速列车按动力分布和驱动设备的设置可分为动力分散式和动力集中式，按转向架布置和车辆间连接方式可分为独立式和铰链式。以上各种类型又有单层和双层列车之分。磁悬浮列车按悬浮机理可分为电磁式和电动式，按材料可分为常导型和超导型。1964年10月1日，世界第一条高速铁路东海道新干线建成通车，列车最高运行时速达到210公里。东京到大阪的运行时间从过去的6小时30分钟缩短为3个小时。后经改造，目前列车最高运行时速达到270公里。 2 中国高速铁路的发展 为了提高列车运行速度，使铁路适应社会发展，从20世纪初至50年代，德、法、日本等国都开展了大量的有关高速列车的理论研究和试验工作。铁路作为陆上运输的主力军，在长达一个多世纪的时间里居于垄断地位。但是自20世纪以来，随着汽车、航空和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新的浪潮的冲击。我国自1876年出现第一条铁路以来已经120多年了。遗憾的是百余年来，我国的铁路事业无论从横向上还是从纵向上来讲，都是远远落后的。同其他国家相比，我国的铁路在运营里程、运输效率、技术水准、装备质量等方面相差极远，令人堪忧。我国国民经济的大动脉，在我国交通运输体系中居于主导的骨干地位。但我国铁路的现状是路网不发达，技术装备较落后，运能与运量的矛盾比较突出，一些主要干线的能力利用程度已经趋于饱和，铁路负荷水平居世界首位。兴建高速铁路的动议早在20世纪80年代中期就为我国的有识之士所提出，十多年来，国家有关部门组织了数以百计的专家学者从各个方面对高速铁路项目进行了详细的考察、分析和论证。经过多次的反复和论争，各方面的意见已经大致趋同：高速铁路技术可行、经济合理、社会效益良好、国力能够承受，因此应该建，而且应该及早建。1998年3月，全国人代会在“十五”计划纲要草案中提出建设高速铁路。 1994年，我国第一条广州—深圳准高速铁路建设成并投入运营，其旅客列车速度为160 公里/小时～200公里/小时，不仅在技术上实现了质的飞跃，更主要的是通过科研与试验、引进和开发，为建设我国高速铁路做好了前期的准备，被称为我国高速铁路化的起点。