铁路路基动力特性有限元分析

铁路路基动力特性有限元分析

作者：马千惠等

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2012年第08期

摘要:为了研究路基的动力响应，利用有限元分析方法，对建立的轨道一路基三维有限元模型，进行高速列车荷载作用下的动力分析。分析了在列车荷载作用下铁路路基的动力响应(速度)的分布规律，有利地促进了高速铁路路基的动态响应研究。

关键词:铁路路基动力特性速度时程有限元

1 概述

路基是轨道结构的基础，是以密实的土、石构成的土工结构物。铁路线路沿线地质状况复杂，路基类型多样。由于列车荷载的重复作用和长期受外界环境对路基的影响，就是同一类型的路基其性能也各不相同。土的多样性、荷载的随机性和重复性及性状的多变性是与一般土工结构物相比不同的其突出特点。

目前，学者们对铁路路基动力响应有限元问题进行了大量的研究，雷晓燕[1]、梁波[2-3]等分别考虑路基动态响应的特点和主要影响因素对上部结构进行适当简化，建立了轨道-路基耦合模型，有利地促进了高速铁路路基的动态响应研究。本文就是在分析高速列车波动引起的动态响应，利用有限元软件建立高速铁路3D路基动力分析模型，在总结和吸收前人研究成果的基础上，结合我国高速铁路路基的动力特性，对影响路基动力特性的因素进行研究。

2 有限元模型建立

对轨道-路基系统的三维动力性能进行研究的关键就是建立一个合理的计算模型。首先根据路基断面结构，利用有限元软件，建立基于轨道-路基体系的三维有限元模型，确定模型的计算参数，选用合理的高速列车荷载作用下路基的三维模型进行分析。为了考察节点沿深度的时程变化规律我们选取了有代表性的三个节点，编号分别为①（86235节点）、②（81703节点）、③（75188节点），如图1所示。

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图1 不同深度处三个代表性节点位置图

3 路基速度时程分析

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（a）节点速度X轴方向时程曲线变化规律

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（b）节点速度Y轴方向时程曲线变化规律

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（c）节点速度Z轴方向时程曲线变化规律

图2 列车荷载作用下不同深度节点的速度分析曲线图

观察列车荷载作用下不同深度节点的速度分析曲线图（见图2），我们可以明显地看出，路基在列车振动荷载作用下节点速度X、Y、Z轴方向时程曲线，都是随着深度的增加对其速度时程影响越来越小，速度时程曲线的波动幅度越来越小，但节点速度X、Y、Z轴三个方向时程曲线变化规律都是一致。

3.1 节点速度X轴方向时程曲线变化规律，近似正弦波的形式，先向负的方向波动，达到一个峰值，然后增加，直至达到0，继续增加，达到一个正的峰值点，再下降到第二个负峰值时，曲线开始强烈的波动，然后增加再下降回到最初的0点，趋于平稳。值得注意的是，在第一个正峰值点处于路基最上面位置的节点有小的波动情况。但随着路基深度的增加，速度时程曲线波动越来越小，曲线变化规律基本一致。

3.2 节点速度Y轴方向时程曲线变化规律，先是向负方向变化，在负向产生两个波动点，然后逐渐增大达到正值，同样，在正方向也产生两个波动点，再逐渐减小，减小到负值，有一个小负峰值点，但相对于前两次的两个负向波动点数值相对要小得多。但随着路基深度的增加，速度时程曲线波动越来越小，曲线变化规律基本相同。

3.3 节点速度Z轴方向时程曲线变化规律，先是向负向增加，越来越大，直至达到峰值点，才不断增加，达到正值后，仍然不断增加，达到正向峰值点，然后下降，回到0点。值得注意的是，负向峰值的明显大于正向峰值2-3倍。但随着路基深度的增加，速度时程曲线波动越来越小，曲线变化规律基本相同。

4 结论

路基在列车振动荷载作用下节点速度X、Y、Z轴方向时程曲线，都是随着深度的增加对其速度时程影响越来越小，速度时程曲线的波动幅度越来越小，但节点速度X、Y、Z轴三个方向时程曲线变化规律都是一致的。

参考文献：

[1]雷晓燕，陈水生.高速铁路轨道结构空间动力分析[J].铁道学报，2000，22(5):76-80.

[2]梁波.高速铁路路基的动力特性及土工合成材料的应用研究[D].成都:西南交通大学，1998.

[3]梁波，蔡英，朱东生.车-路垂向耦合系统的动力分析[J].铁道学报，2000，22(1):65-71.

基金项目：

黑龙江省教育厅科学技术研究项目资助（项目编号：12511566）。

佳木斯市社会科学重点科研项目资助（项目编号：11 135）。

桥梁结构的动力特性分析

桥梁结构的动力特性分析 桥梁作为现代交通运输的重要组成部分，在社会经济发展中扮演着重要角色。 然而，随着交通运输工具和载荷的不断发展，桥梁结构也面临着更加复杂的动力特性分析。本文将从桥梁结构的动力特性入手，探析其分析方法及应用。 首先，了解桥梁结构的动力特性是进行安全评估和设计的基础。对于公路、铁路、地铁等交通载荷的不断增加，桥梁需要能够承受复杂的动力荷载，包括交通载荷和风荷载等。在了解桥梁结构的动力特性之前，我们需要熟悉桥梁的固有频率和阻尼比等基本概念。固有频率是桥梁在自由振动状态下的频率，而阻尼比则是衡量桥梁振动阻尼程度的参数。这些基本概念的了解是进行动力特性分析的关键。 其次，在分析桥梁结构的动力特性时，可以采用多种方法。传统的方法包括模 态分析和频谱分析等。模态分析基于固有频率和振动模态的概念，通过求解结构的振动模态，分析不同模态下的动力响应。频谱分析则是通过将外荷载离散化为一系列正弦波形式的荷载，利用结构的频率相应性质进行分析。这些传统的方法相对简单，可以对桥梁结构的动力特性进行初步分析。 然而，随着计算机技术的发展，有限元分析等数值模拟方法也得到了广泛应用。有限元分析将桥梁结构离散化为多个小单元，通过数值求解方法模拟结构的动力行为。这种方法的优点是能够考虑结构的非线性和复杂几何形状等因素，提供更为准确的动力响应结果。同时，计算机技术的快速发展也使得大规模桥梁结构的动力仿真和优化成为可能。 不仅如此，桥梁结构的动力特性分析在现代桥梁设计中也扮演着重要角色。通 过分析桥梁的固有频率和阻尼比等参数，可以评估结构的安全性和可靠性。例如，在考虑地震荷载下的桥梁设计中，动力特性分析可以帮助工程师了解地震荷载对桥梁结构的激励程度，从而进行合理的抗震设计。此外，动力特性分析也可以用于预判桥梁结构的振动问题，如桥梁的自振和共振等，从而采取相应的措施避免结构的破坏。

基于有限元分析的振动与动力学特性研究

基于有限元分析的振动与动力学特性研究 随着科学技术的不断进步，有限元分析在工程领域中的应用越来越 广泛。有限元分析是一种通过将复杂的连续体划分为有限数量的单元，再对每个单元进行离散化处理，从而对复杂结构的工程问题进行数值 模拟的方法。而振动与动力学特性的研究，正是有限元分析的一个重 要应用领域。本文将通过有限元分析的方法，对振动与动力学特性进 行研究探讨。 1. 数值模拟方法简介 有限元分析是一种力学分析方法，通过数值模拟的方式计算出结构 的力学性能。在有限元分析中，将结构划分为有限数量的单元，再对 每个单元进行力学特性计算，最终通过单元间的连接关系得出整个结 构的力学性能。有限元分析方法广泛应用于结构分析、振动分析、热 传导分析、流体力学分析等工程问题。 2. 振动与动力学特性研究 振动分析是结构工程中一项重要的研究内容，通过对结构的振动特 性进行分析，可以评估结构的稳定性、动力响应以及对外界载荷的响 应等。有限元分析在振动与动力学特性研究中起到了至关重要的作用。通过有限元模型的建立，可以计算结构的自然频率、振型、模态参与 系数等振动特性参数，从而了解结构的动力响应。同时，有限元分析 还可以进行结构的动力响应分析，通过施加外界载荷，计算结构在不 同载荷下的振动情况。

3. 有限元模型的建立 在进行振动与动力学特性的研究时，首先需要建立结构的有限元模型。有限元模型的建立是有限元分析的基础，一个合理的有限元模型可以准确地反映结构的力学行为。在建立有限元模型时，需要考虑结构的几何形状、材料性质、边界条件等因素。根据结构的实际情况，可以选择不同类型的有限元单元，如三角形单元、四边形单元、六面体单元等。通过对结构进行离散化处理，可以得到结构的几何信息以及节点和单元的连接关系，为后续的振动与动力学分析提供了基础。 4. 振动与动力学特性的计算 有限元分析在振动与动力学特性研究中的一个重要应用是计算结构的自然频率和振型。自然频率是结构在无外界载荷作用下的固有振动频率，可以由结构的特征方程解得。振型描述了结构振动时不同点的振动分布情况，也是可以通过有限元分析计算得到的重要结果。通过计算自然频率和振型，可以了解结构的振动特性，从而评估结构的稳定性和动力响应。 另外，有限元分析还可以进行结构的模态参与系数计算。模态参与系数可以用来评估结构的振动能量分布情况，通过计算结构在不同模态下的能量参与系数，可以了解结构在不同振动模态下的动力响应特性。模态参与系数的计算可以通过有限元分析软件进行，通过对结构施加外界载荷，计算出结构在不同模态下的振动响应，从而得到模态参与系数。 5. 结论

有限元第六章 动力问题的有限元法

第六章 动力问题的有限元法 6.1 概述 前面几章所研究的问题都属于静力问题，其特点是施加到结构上的外载荷不会使结构产生加速度，且外载荷的大小和方向不随时间变化，因而结构所产生的位移和应力也不随时间变化。本章将要研究结构分析中另一类重要问题的有限元解法，即动力问题的有限元解法。动力学问题的特点是，载荷是随时间变化的，因而结构所产生的位移和应力是时间的函数，结构会产生速度和加速度。 由于结构本身的弹性和惯性，结构在动力载荷的作用下，往往呈现出振动的运动形态。结构振动是工程中一个很普遍很重要的问题。有些振动对我们有利，例如，振动打桩，振动选料，有些振动对我们有害，例如，机床的振动，仪器与仪表的振动，桥梁、水坝及高层建筑在地震作用下的振动等。因此，我们必须对振动体本身的振动特性以及它对外部激振力的响应有一个明确的认识，才能更好地利用它有利的一面，而避免它有害的一面，设计出更好的机械和结构。 振动问题主要解决两方面的问题。 1. 寻求结构的固有频率和主振型，从而了解结构的固有振动特性，以便更好地利用或减少振动。 2. 分析结构的动力响应特性，以计算结构振动时动应力和动位移的大小及其变化规律。 6.2 结构的振动方程 结构的振动方程可用多种方法建立，这里我们使用达朗伯原理（动静法），仿照前几章建立静力有限元方程的方法，来建立动力问题的有限元方程。 在静力问题中用有限元法建立的平衡方程是 }{}]{[F K =δ 在振动问题中，对结构的各节点应用达郎伯原理所建立的振动方程仍然具有与上式相同的形式，只不过节点位移是动位移，节点载荷是动载荷，它们都是时间的函数。上面的方程成为 )}({)}(]{[t Q t K =δ (6.1) 上式中{})(t δ为节点的动位移，它是时间的函数，)}(]{[t K δ是t 时刻的节点位移产生的弹性恢复力，它与该时刻的节点外力{})(t Q 构成动态平衡。 在动态情况下，结构承受的载荷（集中载荷 ，分布载荷 ）可随时间而变化，是时间的函数。按有限元方法将此种载荷移置到节点上，得到的节点载荷向量)}({t F 也是时间的函数。 此外，结构在运动中，各点除位移{}f 以外，还有速度???? ? ? . f 及加速度? ?? ? ??.. f 。按照达郎佰原理，有加速度的质量应附加有惯性力载荷。如材料的密度为ρ，则结构单位体积的惯性力为}{.. ? ?? ? ? ? -f ρ。这对结构来说，相当于又受有另一种体积力，大小与点的加速度成比例，而方向与加速度方向相反。另外，在结构运动过程中，还会受到周围介质和来自内部的阻力。精确地描述这种阻力的变化规律是很困难的，一般采用阻力与速度{}f 成比例的近似线性假定，如阻力系数为μ，则单位体积的阻力为}{f μ-。这对结构来说相当于另一种体积力，大小与点的速度成比例，方向与速度方向相反。 按有限元方法，用单元节点位移{}e δ进行插值表示单元内部位移。 {}e N f }]{[δ= (6.2)

某高速公路路基ABAQUS有限元分析报告

《高等土力学》课程考察任务书 问题描述：选取某高速公路路基断面，宽度为12m。路基土层共分为三层，每层厚度均为4m，第一层土为砂土，其弹性模量E=（1+0.01×学号后两位数字）×kPa，第二层为黏土，其弹性模量E=（5+0.01×学号后两位数字）×kPa，第三层为砂土，其弹性模量E=(2+0.01×学号后两位数字)×kPa。三层土的其他有关基本物理特性参数由学生自己查找相关文献资料来确定。假设在高速公路路基断面上作用了两个对称的均布荷载q，宽度为0.5m，荷载作用边缘离断面中轴线的最短距离为2m。并且，均布荷载为一个呈正弦函数规律变化的动荷载，其幅值为（100+学号后两位数字）kPa，频率由学生自己确定。假设在均布荷载作用期间，土的基本物理特性参数均为恒量，不随时间改变。 基本要求：学生采用现成的大型商业软件，如ABAQUS,ANSYS,PLAXIS以及FLAC 等。针对上述案例，建立自己的数值模型，模型可以是2D的，也可以是3D的。模型的本构关系要求在MC模型、Cam-clay模型、修正的Cam-clay模型、DP模型中进行选择。通过数值模拟，学生可以对路基断面中轴线上各点进行动力响应分析。要求在中轴线上选取5个关键点，分别为路面以下2m，4m，6m，8m，10m 处。提取这五个点的位移响应曲线、速度响应曲线、应力-应变关系曲线。最后，提交一份完整的计算书，同时附上数值模拟计算的源程序。

某高速公路路基ABAQUS有限元分析报告 一、问题描述 选取某高速公路路基断面，宽度为12m，路基土层共分为三层，每层厚度均为4m，选用ABAQUS建立2D模型进行有限元分析。 （1）第一层土为砂土，其弹性模量E=1.21×107kPa，泊松比v=0.3，密度为1600kg/m3，本构关系采用摩尔-库伦模型，取其摩擦角为30°，膨胀角为30°，粘聚力为0； （2）第二层土为黏土，其弹性模量E=5.21×105kPa，泊松比v=0.4，密度为2000kg/m3，本构关系采用摩尔-库伦模型，取其摩擦角为20°，膨胀角为20°，粘聚力为45kPa； （3）第三层土为砂土，其弹性模量E=2.21×107kPa，泊松比v=0.3，密度为1600kg/m3，本构关系采用摩尔-库伦模型，取其摩擦角为30°，膨胀角为30°，粘聚力为0。 在高速公路路基断面上作用了两个对称的均布荷载q，宽度为0.5m，荷载作用边缘离断面中轴线的最短距离为2m。并且，均布荷载为一个按正弦函数规律 变化的动荷载，其表达式为：(t)121121sin20t q=+，单位为kPa，频率ω=20s-1，其中，为了使该动荷载一直为压荷载，故加入了一个初始幅值121kPa。假设在均布荷载作用期间，土的基本物理特性参数均为恒量，不随时间改变。 通过数值模拟，我们可以对路基断面中轴线上的各点进行动力响应分析，在中轴线上选取5个关键点，分别为路面以下2m、4m、6m、8m和10m处，提取这五个点的位移响应曲线、速度响应曲线、应力-应变关系曲线。 二、ABAQUS建模过程 该三维高速公路路基的空间问题可简化为平面应变问题，因此，首先创建一个12m×12m的平面矩形部件，通过“拆分面：草图”工具将其按土层情况拆分成三层，如图1所示。再对其分别定义材料属性。 图1 创建部件

道岔钢轨的动力学性能研究与仿真模拟

道岔钢轨的动力学性能研究与仿真模拟 道岔是铁路交叉点的关键部件，起到引导列车行驶方向和换线的作用。在列车 运行过程中，道岔钢轨的动力学性能对铁路安全和运行稳定性至关重要。本文将对道岔钢轨的动力学性能进行研究与仿真模拟，以提高铁路系统的安全性和运行效率。 首先，我们将分析道岔钢轨的动力学特性。道岔钢轨由导轨、交叉口、尖轨和 翼轨组成，不同部位承受不同的载荷和力学性能要求。我们将研究其受力分布、应力状态和应变特性，以及与列车运行速度、荷载大小等参数之间的关系。 动力学性能的研究过程中，我们需要确定适当的模型和仿真方法。一种常用的 方法是有限元分析，通过建立道岔钢轨的数值模型，并应用恰当的材料参数和边界条件，进行动力学仿真分析。该方法可以模拟道岔钢轨的振动、应力和变形等力学特性，并考虑到不同车速、车型和行驶状态等因素。 在进行仿真分析之前，我们需要收集相关数据。这包括道岔的几何形状参数、 材料性能参数，以及列车运行参数等。通过实地调研和实测，我们可以获取准确的数据，为后续的仿真模拟提供基础。 接下来，我们将对道岔钢轨进行仿真模拟。利用有限元分析软件，建立道岔钢 轨的数值模型。根据实际情况和仿真目的，选择适当的材料模型和节点单元类型，设置边界条件，并进行加载分析。通过仿真模拟，我们可以观察道岔钢轨的振动响应、应力分布和变形情况。 通过分析仿真结果，我们能够得出道岔钢轨的动力学性能特点。例如，我们可 以观察到道岔钢轨在列车通过时的振动响应情况，进而判断是否存在振动过大的问题。我们还可以研究道岔钢轨的应力分布情况，以评估其受力状态是否合理。同时，我们还可以通过仿真模拟研究列车行驶速度对道岔钢轨动力学性能的影响，以及不同车型和不同行驶状态下的性能变化规律。

高速铁路路基动力学研究进展

高速铁路路基动力学研究进展 随着高速铁路的快速发展，路基动力学问题日益受到。本文将介绍高速铁路路基动力学的研究背景和意义，总结前人的研究成果，并探讨未来的研究方向和存在的问题。 高速铁路是指时速超过200公里的铁路，具有速度快、安全可靠、运输能力强的特点。随着全球范围内高速铁路的快速发展，路基动力学问题成为了影响高速铁路安全性和稳定性的关键因素。路基是铁路的基础结构，承受着列车的载荷和环境荷载，其动力学特性直接关系到列车的运行安全和乘坐舒适度。因此，对高速铁路路基动力学的研究具有重要的现实意义和理论价值。 高速铁路路基动力学研究主要涉及路基的振动、变形、疲劳损伤等方面。国内外学者针对这些问题进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果。例如，研究者们通过现场监测、数值模拟和实验研究等方法，对路基的动力学行为进行了深入探究。一些学者还针对不同类型的高速铁路路基结构进行了分析和优化，提出了相应的设计建议和施工方案。 高速铁路路基动力学研究呈现出以下发展趋势：（1）研究范围不断扩大，由单一的路基结构向复杂的路桥过渡段、无砟轨道结构等扩展；（2）研究方法更加多元化，包括理论分析、数值模拟和实验研究等

多种方法相互补充和完善；（3）研究方向更加深入，从简单的静态 力学行为向复杂的动态力学行为转变；（4）研究成果的应用价值不 断提高，为实际工程中的高速铁路设计、施工和运营提供更加切实可行的理论支持和指导。 不同路基结构的动力学特性存在差异。例如，有砟轨道和无砟轨道的路基在振动特性、变形规律和耐久性等方面存在明显差异。因此，针对不同类型的高速铁路路基结构，应进行针对性的动力学分析和评估。不同环境条件对路基的动力学特性有不同影响。例如，地震、风载、交通载荷等外部荷载作用下，路基的振动和变形特性会发生不同程度的变化。因此，需要考虑多种环境条件下的路基动力学行为，以便为不同环境下的高速铁路设计、施工和运营提供相应的技术支持。 未来高速铁路路基动力学研究应以下方向：（1）深入研究不同类型 高速铁路路基结构的动力学行为和破坏机理；（2）探讨多种环境条 件下路基的动力学特性和应对措施；（3）发展更加高效、精确的路 基动力学数值模拟方法和实验技术；（4）结合现代人工智能和大数 据技术，实现路基动力学的智能分析和预测。 当前高速铁路路基动力学研究仍存在以下问题：（1）不同类型路基 结构的动力学行为仍需进一步探究；（2）多种环境条件下路基的动

基于有限元方法的结构动力学分析

基于有限元方法的结构动力学分析 随着现代科技的发展，结构动力学分析成为工程领域中不可或缺的重要环节。 结构动力学分析旨在研究结构在外界荷载作用下的动态响应，以评估其安全性和可靠性。有限元方法作为一种常用的数值分析方法，在结构动力学分析中具有广泛的应用。本文将深入探讨基于有限元方法的结构动力学分析的原理和应用。 一、有限元方法简介 有限元方法是一种通过将复杂连续体分割成若干有限个简单元素，然后在每个 单元上建立适当的数学模型，进而建立总体的数学模型和求解方法的数值分析方法。有限元方法在数学模型中引入适当的近似，以求解真实问题的近似解。其基本思想是将连续体离散化成若干个有限个形状简单、性质相同的基本单元，再根据相邻两个基本单元之间的相容条件，将基本单元联系在一起，组成复杂的结构体系。 二、结构动力学分析方法 1. 模态分析方法 模态分析是结构动力学中常用的分析方法之一。它通过求解结构的特征值和特 征向量，得到结构在固有频率下的振型和振动模态，从而揭示结构动力特性。模态分析在设计中起到了重要的作用，能够帮助工程师判断结构的固有频率和振型是否满足要求。 2. 静力分析方法 静力分析是结构动力学分析的基础，它用于求解结构在静力荷载作用下的应力 和位移。通过静力分析，可以评估结构的强度和稳定性，进而进行设计和优化。 3. 动力响应分析方法

动力响应分析是结构动力学分析的核心内容，主要研究结构在外界动力荷载作用下的响应情况。这种分析方法可以帮助工程师评估结构的动力性能，如位移、加速度和应力等。 三、有限元方法在结构动力学中的应用 有限元方法在结构动力学分析中的应用广泛，可以模拟各种结构的动态响应。例如，有限元方法可以用于分析建筑物在地震作用下的响应，以评估结构的抗震性能。此外，有限元方法还可以用于模拟机械设备、桥梁和航天器等工程结构在振动荷载下的响应。 在使用有限元方法进行结构动力学分析时，需要注意选择适当的数学模型和边界条件，并合理选择有限元单元的类型和尺寸。同时，需要根据具体问题进行计算参数的设置，如时间步长和收敛准则等。这些步骤都对分析结果的准确性和可靠性有重要影响。 结构动力学分析是工程设计中必不可少的一环。通过基于有限元方法的结构动力学分析，工程师可以更好地评估结构的动态性能，避免潜在的安全风险。随着计算机技术的不断进步，有限元方法在结构动力学分析中的应用将会更加广泛，为工程领域带来更多发展机会。 总之，基于有限元方法的结构动力学分析是一种强大而有效的工具，可以帮助工程师预测和评估结构在外界动力荷载下的响应。通过深入研究分析方法的原理和应用，我们可以更好地理解结构的动态行为，并为建筑、工程和设计提供更可靠的依据。

高速公路路基设计的动力特性分析

高速公路路基设计的动力特性分析高速公路是现代交通运输系统中不可或缺的重要组成部分。为了确 保高速公路的安全和稳定运行，路基设计是至关重要的一环。路基设 计应充分考虑动力特性，以确保路基在各种动力荷载下具备良好的稳 定性和承载能力。 一、动力特性的重要性 在高速公路的运营过程中，动力荷载是不可避免的。车辆的行驶、 停车、加速和制动都会对路基及其下方的地基产生动力作用。这些动 力荷载将产生振动和应力，可能对路基和地基结构造成损害。 了解动力特性对路基设计至关重要。首先，动力特性分析可以确定 路基在各种动力荷载下的响应情况，进而指导设计合适的路基厚度和 路基结构。其次，动力特性分析还可以用于评估路基的可行性和预测 其在使用寿命内的变形和稳定性。 二、动力特性分析方法 为了准确分析高速公路路基的动力特性，需要采用适当的分析方法。以下是几种常用的动力特性分析方法： 1. 动力差分方程方法：该方法基于动力学原理，将路基和地基系统 建模为一组差分方程。通过求解差分方程可以得到路基结构的动力响应，从而评估其受力和变形情况。

2. 有限元方法：有限元方法是一种基于数值模拟的分析方法，通过将路基结构划分为许多小的单元，建立力学模型，再求解模型的动力响应。该方法能够考虑结构的复杂性和非线性，并提供精确的动力响应结果。 3. 振动试验方法：振动试验方法是通过在实际路段进行振动试验，记录路基的响应和变形情况来评估其动力特性。该方法能够提供实际场景下的路基动力响应数据，但需要考虑试验对交通运输的干扰。 三、动力特性分析的影响因素 在进行动力特性分析时，需要考虑一系列因素对路基响应的影响。以下是一些主要影响因素： 1. 动力荷载：车辆类型、车速、车辆密度等都会影响路基的动力荷载。较重的车辆和较高的车速将带来更大的动力荷载，对路基的影响也更严重。 2. 路基结构和材料特性：路基结构和所使用的材料的刚度、强度等特性将直接影响路基的动力响应。不同的路基结构和材料将对动力荷载具有不同的响应能力。 3. 地基特性：地基的承载能力、变形特性等也会对路基的动力特性产生影响。较软的地基可能导致路基下沉和失稳，增加路基的变形。 四、动力特性分析的应用 动力特性分析在高速公路路基设计中有着广泛的应用。以下是一些典型的应用场景：

铁路路基动力特性有限元分析

铁路路基动力特性有限元分析 为了研究路基的动力响应，利用有限元分析方法，对建立的轨道一路基三维有限元模型，进行高速列车荷载作用下的动力分析。分析了在列车荷载作用下铁路路基的动力响应(速度)的分布规律，有利地促进了高速铁路路基的动态响应研究。 标签：铁路路基动力特性速度时程有限元 1 概述 路基是轨道结构的基础，是以密实的土、石构成的土工结构物。铁路线路沿线地质状况复杂，路基类型多样。由于列车荷载的重复作用和长期受外界环境对路基的影响，就是同一类型的路基其性能也各不相同。土的多样性、荷载的随机性和重复性及性状的多变性是与一般土工结构物相比不同的其突出特点。 目前，学者们对铁路路基动力响应有限元问题进行了大量的研究，雷晓燕[1]、梁波[2-3]等分别考虑路基动态响应的特点和主要影响因素对上部结构进行适当简化，建立了轨道-路基耦合模型，有利地促进了高速铁路路基的动态响应研究。本文就是在分析高速列车波动引起的动态响应，利用有限元软件建立高速铁路3D路基动力分析模型，在总结和吸收前人研究成果的基础上，结合我国高速铁路路基的动力特性，对影响路基动力特性的因素进行研究。 2 有限元模型建立 对轨道-路基系统的三维动力性能进行研究的关键就是建立一个合理的计算模型。首先根据路基断面结构，利用有限元软件，建立基于轨道-路基体系的三维有限元模型，确定模型的计算参数，选用合理的高速列车荷载作用下路基的三维模型进行分析。为了考察节点沿深度的时程变化规律我们选取了有代表性的三个节点，编号分别为①（86235节点）、②（81703节点）、③（75188节点），如图1所示。 ■ 图1 不同深度处三个代表性节点位置图 3 路基速度时程分析 ■ （a）节点速度X轴方向时程曲线变化规律 ■ （b）节点速度Y轴方向时程曲线变化规律 ■ （c）节点速度Z轴方向时程曲线变化规律 图2 列车荷载作用下不同深度节点的速度分析曲线图 观察列车荷载作用下不同深度节点的速度分析曲线图（见图2），我们可以明显地看出，路基在列车振动荷载作用下节点速度X、Y、Z轴方向时程曲线，都是随着深度的增加对其速度时程影响越来越小，速度时程曲线的波动幅度越来越小，但节点速度X、Y、Z轴三个方向时程曲线变化规律都是一致。 3.1 节点速度X轴方向时程曲线变化规律，近似正弦波的形式，先向负的方向波动，达到一个峰值，然后增加，直至达到0，继续增加，达到一个正的峰值点，再下降到第二个负峰值时，曲线开始强烈的波动，然后增加再下降回到最初的0点，趋于平稳。值得注意的是，在第一个正峰值点处于路基最上面位置的节

不平顺谱对列车轨道系统动力性能影响的对比分析

不平顺谱对列车轨道系统动力性能影响的对比分析 张重王[越南];刘学毅;苏成光;赵林 【摘要】Track irregularity is one of the main factors affecting train-track system dynamics response. In order to analyze contrastively the influence of irregularity spectrum on train-track system, train-ballastless track-roadbed system vertical coupling dynamics model is established based on fundamentals of wheel-rail system dynamics, and the influence of irregularity spectrum of different tracks on train-track system dynamics response is analyzed. The results show that train-track system dynamics responses are different remarkably under different track spectrums. American track spectrum has the most impact on train and track system dynamics response, while Wuhan-Guangzhou track spectrum has minimal impact, but its track system dynamics response is similar to that of Germany spectrum. Reasonable track spectrum shall be selected accordingly. The existing Wuhan-Guangzhou irregularity spectrum was tested at the early age of operation and its irregularity spectrum applies only to the initial operation stage of high-speed lines. In view of Wuhan-Guangzhou high-speed rail which has been in service for several years, irregularity spectrum should be retested to reflect accurately actual situations.%轨道不平顺是影响高速列车-轨道系统动力响应的主要因素之一，为了对比分析不平顺谱对列车轨道系统的影响，运用轮轨系统动力学的基本原理，建立列车-无砟轨道-路基系统垂向耦合动力模型，计算分析3种不平顺谱下车辆和轨道系统的动力响应。结果表明：不同轨道谱作用下车辆与轨道系统动力响应具有较

高速铁路桥梁结构动力响应的数值模拟与分析

高速铁路桥梁结构动力响应的数值模拟与分 析 引言： 随着高速铁路的快速发展，高速铁路桥梁结构的建设逐渐成为了人们关注的焦点。在设计和施工过程中，了解桥梁结构的动力响应对于确保其安全性和稳定性至关重要。本文将讨论高速铁路桥梁结构动力响应的数值模拟与分析方法，以帮助工程师预测和评估其响应特性。 1. 引入桥梁结构动力响应的数值模拟 桥梁结构的动力响应是指在外界荷载作用下的桥梁结构的振动行为。为了准确模拟和分析桥梁的动力响应，工程师们采用了数值模拟的方法。数值模拟通常包括有限元方法和相结合的声学元素方法。 1.1 有限元方法 有限元方法是一种常用的数值分析方法，可用于模拟桥梁结构的动力响应。该方法将复杂的结构分割成许多简单的单元，计算每个单元的位移和应力，然后组合得到整个结构的响应。工程师可以在模拟中考虑不同的荷载情况和结构特性，从而预测桥梁的动力响应。 1.2 声学元素方法 声学元素方法是另一种常用的数值模拟方法，它主要用于分析桥梁结构的声学特性。在模拟中，声学元素方法将结构分解为许多小的声学元素，通过计算每个元素的声学响应，预测整个结构的动力特性。 2. 桥梁结构动力响应的分析

桥梁结构的动力响应分析涉及多个方面的考虑，包括荷载性质、材料特性和结 构几何形状。通过对这些因素的综合考虑，工程师可以更好地理解桥梁结构的动力行为，并确保其安全性和稳定性。 2.1 荷载性质 桥梁结构在使用过程中会受到不同类型的荷载作用，例如列车的卸载和动力荷载、风荷载、温度变化引起的热荷载等。在动力响应的分析中，工程师需要准确模拟和评估这些荷载对桥梁结构振动行为的影响。 2.2 材料特性 不同材料具有不同的振动特性，这对于桥梁结构的动力响应分析至关重要。工 程师需要考虑材料的弹性模量、密度和强度等参数，以确保模拟结果的准确性。此外，材料的阻尼特性也是影响桥梁动力响应的重要因素。 2.3 结构几何形状 桥梁结构的几何形状对其动力响应有着重要影响。工程师需要考虑桥梁的跨度、支座条件、悬臂长度等几何参数，以确保模拟的准确性和可靠性。此外，对于特殊结构的桥梁，如悬索桥或斜拉桥，其特殊的结构形状也需要被充分考虑。 3. 动力响应分析的结果与应用 通过数值模拟和分析桥梁结构的动力响应，工程师可以获得有关振动频率、位 移和应力等方面的重要数据。这些数据对于评估桥梁结构的可靠性和安全性至关重要。 根据分析结果，工程师可以进行结构优化，以改进桥梁的动力响应特性。例如，通过调整支座条件、增强结构刚度或加装阻尼设备等措施，提高桥梁的抗风性能和抗震性能。

重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道过渡段轨道动力特性研究

重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道过渡段轨道 动力特性研究 重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道过渡段轨道动力特性研究 随着中国铁路运输的发展，重载铁路逐渐成为铁路运输的主要方式之一。为了保证重载铁路的运行安全和稳定性，对不同段落的铁路轨道进行合理设计非常重要。其中，重载铁路路基上的砟石轨道与隧道内的无砟轨道过渡段，是影响铁路运行质量的关键部分。本文将重点研究重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道过渡段的轨道动力特性，探讨其影响因素和相应的解决方案。 一、重载铁路路基上有砟轨道的动力特性 重载铁路路基上的有砟轨道是传统的铁路设计形式，其动力特性直接影响着重载铁路的运行质量。有砟轨道的主要特点是轨道与砟石直接接触，砟石能够吸收轨道的振动和压力，减小对路基的冲击。然而，有砟轨道在一定程度上会产生轨床沉降和变形，导致轨道高度不均匀，给列车运行带来不便甚至危险。因此，重载铁路路基上有砟轨道的动力特性需要进行深入研究和优化设计。 为了改善重载铁路路基上有砟轨道的动力特性，首先需要考虑铁轨与砟石的接触情况。通过增加轨枕的数量和密度，可以增强铁轨与砟石的接触面积，提高轨道的稳定性。此外，选用高强度的砂石材料，增加砟石的抗压能力和稳定性，也能有效改善轨道动力特性。另外，定期进行轨道检查和维护，对短期沉降和变形进行及时处理，有助于保持铁轨与砟石的稳定接触状态，确保重载铁路的正常运行。

二、隧道内无砟轨道的动力特性 随着技术的不断进步，无砟轨道已经逐渐应用于铁路隧道内部。与有砟轨道相比，无砟轨道具有更好的强度和稳定性，能够提高列车的运行速度和安全性。在隧道内铺设无砟轨道时，需要考虑隧道的特殊环境和施工条件，以及无砟轨道的动力特性。 隧道内的无砟轨道相对于有砟轨道来说，由于无砟轨道较硬，轨道与路基接触面积小，所以容易产生较大的振动和冲击。因此，需要采取一定的措施来减少无砟轨道的振动和冲击，保证列车的运行平稳。一种常见的解决方案是在无砟轨道与路基之间设置隔振垫，通过吸收和分散振动能量，减少振动和冲击对路基的影响。此外，对无砟轨道进行定期检查和维护，及时处理轨道沉降和变形问题，也是确保无砟轨道动力特性的关键措施。 三、重载铁路路基上有砟轨道与隧道内的无砟轨道过渡段 重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道的过渡段是一个特殊的轨道段落，具有独特的动力特性。过渡段的主要问题是由于有砟轨道与无砟轨道之间的切换，轨道的结构和材料会发生变化，从而产生不连续性。这种不连续性会导致列车在过渡段的运行过程中产生更大的振动和冲击，给乘客带来不适甚至影响列车的安全。 为了解决重载铁路路基上有砟轨道与隧道内无砟轨道过渡段的问题，可以通过以下几个方面进行优化设计。首先，过渡段的轨距和肩宽需要逐渐过渡，避免产生突变。其次，增加过渡段的长度，使得列车在过渡段内有足够的时间进行调整和适应。此外，对过渡段的轨道结构和材料进行精细化设计，选择适当的隔振垫等措施，能够减少振动和冲击的传递，保证列车

高速铁路不同轨道结构下路基动力响应分析

高速铁路不同轨道结构下路基动力响应分析 高速铁路不同轨道结构下路基动力响应分析 摘要：随着高速铁路的迅猛发展，对其运行安全和稳定性的研究变得尤为重要。路基作为高速铁路的基础设施之一，其动力响应分析对于确保列车的正常行驶起到关键作用。本文通过对不同轨道结构下路基动力响应进行分析，探讨其对列车运行带来的影响。 1. 引言 高速铁路的发展具有重要的经济和社会意义，然而高速列车在高速运行过程中受到复杂的力学环境作用，如风荷载、列车载荷和地震荷载等。路基作为高速铁路的基础设施之一，其动力响应和稳定性对于确保列车的安全行驶非常重要。 2. 路基动力响应分析方法 2.1 有限元方法 有限元方法是一种常用的路基动力响应分析方法，通过将整个路基系统离散为有限个节点和有限个单元，建立动力学方程组进行求解。该方法适用于复杂的路基结构，但对模型的建立和计算量要求较高。 2.2 传统分析方法 传统分析方法主要是基于经验公式和模型试验，通过对实际工程的观测和测试来获取路基的动力响应特性。该方法简单易行，但由于依赖于具体的实验数据，对于新的路基结构和工况的分析效果较差。 3. 路基动力响应的影响因素 3.1 轨道结构类型 不同轨道结构的路基动力响应存在差异。例如，在接触网与铁

轨之间设置一定刚度的弹性支座或橡胶垫，可以有效减小轨道对路基动力响应的传递，降低路基的振动。 3.2 轮轨交互力 轮轨交互力是指列车在运行过程中轮与轨道之间产生的接触力。该力对路基的动力响应产生重要影响，合理设计轮轨交互力分配是确保路基稳定的关键。 3.3 外界荷载 外界荷载是指列车运行过程中受到的风荷载、地震荷载以及列车自身荷载等。这些荷载直接作用于路基，对其动力响应造成影响，需要进行合理的分析和计算。 4. 路基动力响应分析案例 以某高速铁路为例，选取不同轨道结构的路基进行动力响应分析。通过有限元方法建立路基模型，考虑轮轨交互力和外界荷载的影响，计算得到路基在不同工况下的动力响应特性。 5. 结果分析与讨论 分析结果显示，在不同轨道结构下，路基的动力响应存在差异。在接触网与铁轨之间设置弹性支座或橡胶垫可以有效减小路基的振动。合理设计轮轨交互力分配和考虑外界荷载的影响，有助于提高路基的稳定性和减小振动。 6. 结论 通过对高速铁路不同轨道结构下路基动力响应的分析，可以得出一些关键结论。不同轨道结构对路基的动力响应有着重要影响，轮轨交互力和外界荷载也是影响路基稳定性的重要因素。合理设计轨道结构和轮轨交互力分配，加强对外界荷载的分析和计算，有助于提高高速铁路的运行安全和稳定性。 参考资料： [1] 李华. 高速铁路路基动力响应分析[J]. 交通技术与应用,

高速铁路车辆动力学特性分析与优化设计

高速铁路车辆动力学特性分析与优化设计 随着科技的不断进步和人们对于高速出行需求的增加，高速铁路作为一种高效、安全、环保的交通工具越来越受到人们的青睐。而高速铁路车辆的动力学特性是保障其运行安全和舒适性的重要因素之一。本文将对高速铁路车辆的动力学特性进行分析，并探讨如何优化设计以提升其性能。 一、高速铁路车辆的动力学特性分析 1. 刚体运动分析 高速铁路车辆的刚体运动是指车体及其构件在运行过程中的整体位移和姿态变化。在分析高速铁路车辆的刚体运动时，需要考虑到车体主体结构的刚度以及转向架、悬挂系统等组件对其运动的影响。通过对车体刚体运动的分析，可以确定车辆在不同速度下的稳定性和转弯性能。 2. 悬挂系统分析 高速铁路车辆的悬挂系统是连接车轮和车体的重要部件，对车辆的运行平稳性 和乘车舒适性具有重要影响。在对悬挂系统进行分析时，需要考虑车轮与轨道之间的动力学相互作用，以及悬挂系统的弹性、阻尼等特性对车辆的影响。合理设计悬挂系统可以减少车体振动，提高车辆的行驶平稳性和减少车辆的噪音。 3. 高速列车牵引特性分析 高速列车的牵引系统是实现列车运行和控制的关键部件。在分析高速列车的牵 引特性时，需要考虑到电机、传动装置等组件对列车速度、加速度以及制动性能的影响。合理设计牵引系统可以提高列车的运行效率，减少能耗，同时确保列车在各种工况下的运行可靠性。 4. 制动系统分析

高速铁路车辆的制动系统是保障列车安全的重要组成部分。在分析高速铁路车 辆的制动系统时，需要考虑到制动器、转向架等组件对列车制动效果以及制动过程中的热量产生和传递的影响。合理设计制动系统可以缩短列车制动距离，保证列车制动的平稳性和安全性。 二、高速铁路车辆动力学特性的优化设计 1. 结构优化设计 在高速铁路车辆的结构优化设计中，可以通过运用材料力学、有限元分析等方法，优化车体结构布局、材料选用和强度设计，以减轻车体自重，提高车体刚度和抗扭刚度，从而提升车辆的稳定性和抗侧翻能力。 2. 悬挂系统优化设计 在高速铁路车辆的悬挂系统优化设计中，可以采用主动控制悬挂技术，通过调 节悬挂系统的弹性和阻尼参数，实现对车体姿态的主动控制，提高列车的行驶平稳性和乘车舒适性。同时，采用气弹簧、液压缓冲器等新型悬挂元件，可以减少车体振动，改善乘车体验。 3. 牵引系统优化设计 在高速列车的牵引系统优化设计中，可以采用变频电机、智能控制器等新技术，提高列车的运行效率和牵引力，减少能耗。此外，通过合理设计传动装置，减小传动损失，可以提高列车的加速性能和动力输出。 4. 制动系统优化设计 在高速铁路车辆的制动系统优化设计中，可以采用电液刹车技术，实现对制动 力的精确控制，提高制动的平稳性和可靠性。此外，结合辅助能量回收技术，可以将制动能量转化为电能，并回馈给列车供电系统，提高能源利用效率。 总结：

高速铁路路基动力响应研究

高速铁路路基动力响应研究 随着高速铁路的快速发展，列车速度的提高对线路动态性能和安全可靠性提出了更高的要求。路基作为铁路线路的重要组成部分，其动力响应对于保障列车运行安全和线路稳定性具有重要意义。本文旨在针对高速铁路路基动力响应进行研究，探讨其影响因素和变化规律，为优化高速铁路设计、提高运营安全提供理论支持。 高速铁路是指设计时速在200公里/小时以上的铁路，具有高速度、大负荷、长距离的特点。路基是支撑轨道结构的基础，承受着轨道结构的重量和列车载荷，其动力响应直接影响轨道的平顺性和列车的运行安全。因此，针对高速铁路路基动力响应的研究至关重要。 目前，国内外学者已经在高速铁路路基动力响应方面开展了大量研究工作。研究主要集中在路基材料、结构、力学性能等方面，并采用了现场测试、数值模拟、理论分析等多种方法。国内外的研究表明，路基的动力响应受到多种因素的影响，如列车速度、轨道结构类型、路基材料和刚度等。 路基材料对高速铁路路基动力响应具有重要影响。不同类型的路基材料具有不同的动力特性，如弹性模量、泊松比、阻尼等。研究不同材料的路基动力响应，有助于选择合适的材料提高轨道结构的稳定性和

减缓轨道变形。 路基结构对高速铁路路基动力响应的影响不容忽视。轨道结构类型和路基厚度等因素直接决定了路基的刚度和稳定性。通过研究不同结构类型和厚度对路基动力响应的影响，可以优化路基结构设计，提高轨道结构的稳定性。 路基力学性能是影响高速铁路路基动力响应的重要因素之一。路基在不同载荷作用下的变形、应力和稳定性等特性对轨道结构的平顺性和列车运行安全具有重要影响。研究路基在不同载荷作用下的力学性能表现，有助于了解路基的动力响应规律，为优化设计提供依据。 为了深入了解高速铁路路基动力响应的内在机制，本文采用了实验模拟和分析相结合的方法进行研究。通过现场测试获取路基材料和轨道结构的实际参数；然后，利用数值模拟软件对轨道结构进行建模，并输入实际参数进行模拟计算；对模拟结果进行分析，得出路基动力响应的变化规律和影响因素。 本文通过对高速铁路路基动力响应的深入研究，得出了以下 路基材料对路基动力响应具有显著影响，选择合适的材料可以有效提高轨道结构的稳定性和减缓轨道变形。

基于离散元与有限元耦合的有砟道床动力学特性研究

基于离散元与有限元耦合的有砟道床动力学特性研究 栗先增;王立华;程双娇;项永志 【摘要】针对有砟道床的动力学特性问题,对不同行车速度和列车轴重下的轨枕应力和道床沉降情况进行了研究,对细观角度下的道砟平均角速度变化和道床沉降特性之间的关系进行了归纳.提出了一种基于真实道砟颗粒模型,采用有限元与离散元耦合建模的方法建立了轨枕-道床的有砟轨道精细化模型;利用EDEM软件和ANSYS软件的耦合模块,对不同行车速度和列车轴重下的有砟道床的动力学特性进行了仿真测试分析,在道床沉降上与已有实验数据进行了相关对比.研究结果表明:该数值模型能够较好地模拟真实情况,行车速度和轴重对于道床沉降呈现正相关关系;行车速度和轴重对于道砟的平均角速度呈现负相关关系;随着列车运行速度和轴重的增加,轨枕最大应力值随之变大;轨枕和道床之间的接触强度越大,道床沉降量也越大. 【期刊名称】《机电工程》 【年(卷),期】2019(036)003 【总页数】4页(P289-292) 【关键词】有砟道床;有限元;离散元;耦合;动力学特性 【作者】栗先增;王立华;程双娇;项永志 【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500

【正文语种】中文 【中图分类】TH113.1;U227 0 引言 随着高速铁路的飞速发展，无砟轨道以其独有的特性成为高速铁路的主要选择。有砟道床中的道砟颗粒属于离散体，轨道和轨枕属于连续体，因此对有砟轨道进行力学特性分析时不能采用单一的方法。有限元法仅仅能从宏观分析道床整体特性，如Ali等[1]利用有限元方法从整体结构研究道砟的变形与沉降等系列特性。Abdelkrum等[2]利用复杂的有限元模型和参数对颗粒道床整体沉降特性进行研究。而离散元法仅仅能研究颗粒之间相互作用机理，如McDowell等[3-5]基于真实颗粒外形的最小半径离散单元数值模型的构造方法，用所生成的组合球单元对复杂外形的道砟颗粒进行了模拟，对比分析组合单元颗粒与球形单元颗粒在荷载作用下的力学特性。井国庆等[6]基于二维离散单元法颗粒软件PFC2D，建立了道砟-轨枕 离散单元模型，研究了列车循环荷载作用下道砟颗粒的破碎与轨枕沉降的关系。要同时从宏观和微观方面对有砟道床进行分析，就需要引入有限元和离散元耦合的方法。 近年来，Indraratna等[7]通过推导有限差分法与离散元法的耦合边界，利用简化 的圆盘单元和二维平面单元的耦合边界分析了颗粒与结构间的相互作用。Dowding等[8-9]通过建立散体颗粒与结构的离散元-有限元耦合模型，分析了结 构在荷载作用下应力的传播情况，以及结构对散体颗粒离散元模拟区域的影响。严颖等[10-11]利用离散元法模拟分析道砟颗粒，对轨枕和下部路基等结构进行了有 限元分析，通过在两者相互接触面上采用新的接触算法把道砟颗粒与路基等结构间的接触力或接触位置施加到下部路基结构有限元模型的网格节点上，完成耦合过程，

32 m铁路加强型便梁动力性能的有限元分析

32 m铁路加强型便梁动力性能的有限元分析 李璐 【摘要】建立了32m铁路加强型便梁有限元模型,分析了模型的自振频率和模态；提出了列车动荷载的施加方式；借助ANSYS软件瞬态动力学分析模块,计算得到 了便梁模型在列车动荷载作用下的动力响应.结果表明:设计中应着重提高便梁横向 刚度,竖向最大位移响应满足规范要求. 【期刊名称】《国防交通工程与技术》 【年(卷),期】2013(011)003 【总页数】4页(P39-41,48) 【关键词】便梁;自振频率;位移;动力响应 【作者】李璐 【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600 【正文语种】中文 【中图分类】U448.13 我国铁路建设近年来发展迅速，铁路施工便梁正越来越多地应用于临时施工、应急抢修等工程领域，承担着国防战备和民用交通双重任务。 铁路加强型便梁（简称TBA型梁）是一种用于战备抢修和工程施工的制式器材， 是在原32m铁路便梁（TB型梁）基础上，将列车限速提高至60 km／h、跨度扩展至16～40m的加强设计。它便于运输且拼装速度快，其突出优点是在不中断通

车的情况下，用于既有线路的桥涵施工［1］。其中，跨度为32m的梁型应用最 为广泛。 作为一种新型铁路便梁，TBA型梁结构形式相对复杂，主梁简化为梁模型计算， 不能体现出隅撑、加劲肋等细部加强结构的作用，分析精度不足；而且随着列车限速的提高，仅仅静力学分析显然不够。因此，建立铁路便梁精细有限元模型，找到列车动荷载易于实现的加载方法，进而对便梁进行动力学分析十分必要。 近年来，随着计算机仿真技术的发展、大型通用有限元分析软件在实际工程中的应用，对复杂结构进行精确的静动力分析成为可能。ANSYS是一种功能强大的大型 商用有限元软件，目前已广泛应用于土木工程、机械、造船、航空航天等研究和设计领域。ANSYS软件的瞬态动力学分析（transient dynamic analysis）模块能 够计算承受任意随时间变化载荷的结构动力学响应，求解器十分强大和精确。 本文以列车通过32m铁路加强型便梁为研究对象，编写APDL命令流建立了精细的钢轨—便梁有限元模型，分析了模型的自振频率和振型特性；施加竖向移动荷 载模拟列车通过工况，计算了便梁竖向瞬态动力响应，验证了结构设计方案的合理性。 1 便梁计算模型 1.1 铁路便梁结构 铁路加强型便梁是一种多用途拆装式临时性钢梁，梁高1.65m，梁全长32.6m， 横向腹板间距4.54 m。腹板之间以48根横梁（截面形式为工字钢）相连，横梁 间0.667m等距；横梁面内设置8组交叉斜撑，用来提高桥面横向刚度（见图1）。图1 铁路32m加强型便梁立面及桥面布置图（单位：mm） 横梁分为低中高三种拼架位置，横梁低位拼架情况最多（见图2）。32m施工便 梁在横梁低位拼架时总重约71t（不含螺栓螺母）。 图2 铁路加强型便梁横梁低位断面图（单位：mm）