不同参数对高速铁路简支梁桥冲击系数影响的研究

摘要

简支梁桥在高速铁路桥梁中被广泛使用。高速铁路速度的提升使车辆与桥梁相互作用的问题越来越突出。冲击系数作为衡量桥梁动力性能的重要指标被写进规范，铁路规范中关于简支梁桥冲击系数的计算是关于跨径的单一函数，而影响冲击系数的因素众多。
　　本文总结了国内外关于冲击系数的研究概况及规范中的计算方法。建立多刚体车辆模型。在做出忽略桥梁轨道间相对位移和忽略轨道板弹性变形的假定后，建立桥梁结构模型，利用模态综合法对桥梁进行模态分析。建立了车-桥耦合振动的动力学方程，采用PARK方法求解动力学方程。
　　以32m高速铁路简支梁桥为研究对象，在ANSYS中建立4种截面形式的简支梁桥有限元模型，通过ANSYS-UM接口导人多体动力学分析软件UM中，结合UM中建立的车辆模型进行车桥动力响应分析。分别研究了行车速度、轨道不平顺、车辆编组、车辆偏载四个方面的因素对简支梁桥冲击系数的影响。
　　在最新公路桥梁设计规范中，冲击系数是关于基频的函数，而有学者研究发现，截面形式对于冲击系数的影响也较为明显，单一用跨径或者基频计算冲击系数是不够准确的。那么对于铁路桥梁来说，截面形式对冲击系数影响如何。本文用ANSYS和UM联合仿真技术重点研究了相同设计条件下不同的截面形式对冲击系数的影响，以及不同车速下冲击系数对截面形式的敏感程度。
　　经过研究分析得出:冲击系数并不是随行车速度的增大而单调增大，而是会在共振车速处出现峰值;轨道不平顺对桥梁冲击系数的影响有限;单节车辆对冲击系数的影响与编组车辆明显不同，不同编组车辆之间对冲击系数影响相差不大，只在某些共振速度下的峰值处有差别;车辆偏载时，远离行驶侧桥梁冲击系数大于行驶侧，且桥梁底面冲击系数大于顶面，桥梁冲击系数的大小与动位移大小无关。
　　截面形式是影响桥梁冲击系数的因素之一，由截面形式不同而引起的冲击系数差别可达2倍以上;不同车速，不同截面形式下同一车辆对不同截面的敏感度也不相同，本文定义了敏感度区间来描述这种不同，除去设计车速和个别速度下简支梁桥冲击系数对截面形式不敏感外，大多数速度区间下简支梁冲击系数对截面形式较敏感。本文的研究对高速铁路简支梁桥设计具有工程意义，对车-桥耦合分析有理论意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外桥梁冲击系数研究概况

1．2．1 桥梁冲击系数的概念

1．2．2 铁路桥梁冲击系数研究综述

1．2．3 国内外规范中有关铁路桥梁冲击系数的规定

1．3 本文研究的主要内容

2 车-桥耦合分析的理论模型

2．1 车辆分析模型

2．2 桥梁结构分析模型

2．3 车桥相互作用

2．4 轨道不平顺

2．4．1 轨道几何不平顺

2．4．2 轨道不平顺的描述

2．5 车辆蛇形运动

2．6 车-桥耦合系统总方程

2．7 本章小结

3 车辆模型及桥梁有限元模型的建立

3．1 车辆模型的建立

3．1．1 车辆子系统建模

3．1．2 车辆编组

3．2 简支梁桥有限元模型的建立

3．2．1 高速铁路常用跨度简支梁桥基本类型

3．2．2 简支梁桥有限元模型的建立

3．2．3 简支梁桥的自振特·性

3．3 车-桥耦合数值仿真及动力响应评价

3．4 本章小结

4 高速铁路简支梁桥冲击系数研究

4．1 行车速度的影响

4．2 轨道不平顺的影响

4．3 车辆编组的影响

4．4 车辆偏载的影响

4．5 本章小结

5 不同截面形式高速铁路简支梁桥冲击系数研究

5．1 不同截面形式的简支梁桥冲击系数对比

5．2 截面敏感度分析

5．2．1 不同编组车辆作用下截面敏感度分析

5．2．2 同一编组车辆作用下截面敏感度分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文的主要研究工作与结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的科研成果