公轨两用高低塔斜拉桥风—车—桥耦合振动研究

摘要

大跨度桥梁结构是一种在风荷载作用下容易发生变形以及振动的柔性结构。在大跨度桥梁设计中，除了必须满足桥梁结构本身的强度、刚度以及稳定性等方面要求外，还应该确保车桥耦合系统在某一量级的脉动风作用下列车过桥满足安全性以及舒适性要求。本文研究工作是国家自然科学基金项目“强风环境下高速铁路车-桥系统气动特性和抗倾覆性能风洞试验研究(51178471)”的主要内容之一，结合红岩村公轨两用高低塔斜拉桥(跨径布置为90+135+375+120m)为研究对象，进行了侧向风荷载作用下的列车—斜拉桥耦合振动分析，并完成了以下工作:
　　1.基于弹性系统动力学势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则，建立了车辆的空间振动分析模型、风—车—桥耦合振动方程以及公轨两用高低塔斜拉桥全桥有限元动力学分析模型。
　　2.采用由风洞试验所测得的桥梁三分力系数，计算作用于桥梁与列车上的风荷载，将桥上公路荷载经折减后等效为均布荷载作用于桥梁，代入到风—车—桥耦合振动方程分别计算三种公路荷载工况下列车与桥梁的振动响应值。
　　3.通过对不同公路荷载工况以及不同风速时列车与桥梁的振动响应值进行分析得知:(1)侧向风荷载对桥梁结构的横向振动响应起控制性作用，而对竖向振动响应的影响较小;(2)施加公路荷载对桥梁最大竖向振动位移和竖向最大梁端转角的影响较大，而对最大横向位移以及横竖向振动加速度无显著影响，对车体的振动响应影响也不明显;(3)同一风速下桥梁的各个振动响应随车速的提升仅有小幅度的波动，而车体各个振动响应值随着车速的提升呈增大的趋势;(4)当风速不大于25m/s时可满足列车行车安全性与舒适性要求，此时可允许列车通行。当风速为30m/s时不满足行车安全性要求，在不另外采用相应辅助措施的情况下，不允许列车过桥。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 斜拉桥概述

1．1．1 斜拉桥的发展历程

1．1．2 公轨两用形式高低塔斜拉桥的发展

1．2 车—桥振动研究简介

1．2．1 国外车—桥振动研究历史回顾

1．2．2 国内车—桥振动研究历史回顾

1．3 风—车—桥耦合振动研究的概述

1．4 研究背景及主要研究内容

1．4．1 选题的工程背景及研究意义

1．4．2 本文主要研究内容

第二章 风—车—桥振动分析模型的建立

2．1 列车模型的建立

2．1．1 分析的基本假定

2．1．2 建立车辆的运动方程

2．2 建立桥梁空间分析模型

2．2．1 桥梁有限元分析的基本单元

2．2．2 桥梁结构总体阻尼矩阵

2．3 风荷载的模拟

2．3．1 桥址处脉动风速时程曲线的模拟

2．3．2 作用在桥梁上的风荷载

2．3．2 作用在列车上的风荷载

2．4 风—车—桥耦合系统振动方程的建立及求解

2．5 本章小节

第三章 列车运行安全性和乘坐舒适性的评估标准

3．1 列车运行的安全性标准

3．2 列车运行的舒适性标准

3．3 桥梁的动力性能标准

3．4 本文选用列车运行安全性与舒适性评价标准

第四章 建立桥梁有限元分析模型

4．1 工程概况

4．2 建立斜拉桥有限元模型

4．3 桥梁结构的自振特性分析

第五章 风—车—桥时变系统振动响应值的计算与分析

5．1 脉动风速时程曲线

5．2 三分力系数

5．3 轨道系统激励

5．4 风—车—桥系统振动响应值的计算与分析

5．4．1 计算条件

5．4．2 桥梁振动响应分析

5．4．3 列车振动响应分析

5．4．4 车速和风速对桥梁振动响应值的影响

5．4．5 车速和风速对列车振动响应值的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间参于科研情况

致谢