重庆跨座式单轨交通车辆振动荷载反分析

摘要

随着城市化进程的快速发展，城市轨道交通作为解决交通拥挤、环境污染等城市化问题的途径之一，已经越来越凸显其重要作用。跨座式单轨交通系统作为一种特殊的轨道交通形式，振动小、对城市景观和日照影响小及爬坡能力强等特点使其在城市轨道交通建设中越来越受建设者青睐。与此同时，跨座式单轨交通系统在建设和应用中存在的问题如结构振动及车辆荷载计算方法等也被提上研究日程。
　　 本文以重庆跨座式单轨交通系统为工程背景，总结和发展了结构振动问题中的动荷载反分析理论，讨论了跨座式单轨车辆荷载的模拟理论和计算方法。主要工作包括：①作为结构振动正问题计算方法，总结了动力有限元计算理论，详细叙述了有限元动力平衡方程形成过程、求解动力平衡方程的纽马克隐式积分法及动力人工边界等问题；②基于单自由度体系动力响应公式，通过将动力平衡方程中的荷载时程表示为时域的离散Fourier级数形式，得到单自由度体系振动响应的离散Fourier级数形式；在此基础上，分别以离散Fourier变换方法和离散Fourier级数方法对该公式进行转换和推导，最终得出离散频率稳态振动振幅系数的求解方法，并以数值算例验证了该方法的可行性和正确性；③针对现场测量的速度响应时程积分为位移时程后的基线偏离平衡位置问题，讨论了对此类问题进行处理的基线修正方法；采用其中一种基线修正方法对实测速度响应时程及其积分结果进行了基线修正；④由单自由度体系稳态振动识别方法推导了单自由度体系动荷载反分析公式；在此基础上，基于振型叠加法推导了多自由度体系振动荷载反分析公式；⑤建立了高架桥桥墩的有限元模型；讨论了跨座式单轨车辆的车辆荷载简化模型及其车辆荷载模拟理论和计算方法；⑥基于高架桥桥墩模型，通过基线修正后的速度响应时程，采用动荷载反分析方法计算了桥墩盖梁顶面简化支座点的竖向动荷载时程，再以振动计算理论计算了该加载点在此竖向动荷载下的动力响应，最后以此点加速度响应时程为轨底加速度计算了车辆荷载。