大跨度多塔悬索桥列车走行性及其刚度影响参数研究

摘要

随着我国交通事业的发展，在跨越大江、大河时，大跨度铁路多塔悬索桥成为又一热点。大跨度悬索桥由于其荷载重，结构柔，移动列车荷载作用下的车桥耦合振动问题显得比较突出，对该类桥梁的刚度性能要求也越来越高。因此，为了满足列车过桥时的安全性和舒适性要求，对大跨度铁路多塔悬索桥进行列车走行性的分析研究是非常必要的;刚度参数的确定是大跨度悬索桥设计的重要组成部分，刚度参数的变化对结构整体的动力性能以及列车走行性都有着重要的影响，目前，规范关于刚度限值的规定大多是针对中小跨度桥梁而言，对大跨度桥梁并不适用，同时可供借鉴的铁路悬索桥工程实例又较少，对指导此类桥梁的设计有一定的困难。
　　本文研究工作是依托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)”，结合瓯江三塔公铁两用悬索桥为工程背景，主要完成内容和结论如下:
　　(1)通过对瓯江三塔悬索桥建立全桥三维有限元模型，对该桥进行动力特性计算，分析结果表明大跨度悬索桥由于结构较柔，结构自振基频较低，竖、横向刚度问题比较突出;
　　(2)对瓯江三塔悬索桥的车桥动力响应和列车走行性进行了分析，结果表明，列车以设计速度通过桥梁时具有足够的安全性和舒适性。
　　(3)分析研究了该桥在不同的桁宽、桁高、主缆刚度和中塔刚度等刚度敏感参数对桥梁自振特性以及车桥动力响应的变化规律，分析表明，加劲梁桁宽的增加能显著增大桥梁横向基频，且能减小跨中横向振动响应;加劲梁桁高、主塔刚度以及主缆刚度的增加均能提高结构整体竖向刚度，均能显著减小桥梁跨中竖向振动位移，而且能够减小梁端折角。上述刚度敏感参数的增加能改善列车的走行性，但其增加到一定程度后敏感性降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 悬索桥概述与发展

1．1．1 悬索桥综述

1．1．2 国内外悬索桥的发展

1．1．3 多塔悬索桥的发展与结构特征

1．2 大跨度铁路悬索桥的发展

1．3 大跨度铁路悬索桥动力特性、列车走行性的研究现状与理论发展

1．4 车桥耦合振动研究的国内外进展

1．4．1 国外车桥振动研究的回顾

1．4．2 国内车桥振动研究的回顾

1．5 本文的研究意义和主要内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 主要工作内容

第二章 车桥动力系统振动分析模型

2．1 车辆模型的建立

2．1．1 车辆空间位移模式

2．1．2 车辆空间振动总势能的计算

2．1．3 车辆刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩阵、荷载矩阵的形成

2．2 车桥时变系统空间振动方程的建立与求解

2．2．1 空间振动方程的建立

2．2．2 振动方程的求解

2．3 本章小节

第三章 大跨度三塔悬索桥自振特性及列车走行性分析

3．1 工程概况

3．2 桥梁全桥有限元模型的建立

3．3 桥梁自振特性分析

3．4 车桥振动分析评价标准

3．4．1 车桥动力相互作用性能的评价指标体系

3．4．2 列车运行安全性与舒适性(客车)、平稳性(货车)评价指标

3．4．3 桥梁动力响应限值

3．5 列车走行性分析

3．5．1 计算结果

3．5．2 结果分析

3．6 本章小结

第四章 大跨度铁路悬索桥动力性能影响参数分析

4．1 分析内容

4．1．1 动力特性分析

4．1．2 列车走行性分析

4．2 桁宽影响性分析

4．2．1 桁宽对动力特性的影响

4．2．2 桁宽对车桥动力响应的影响

4．3 桁高影响性分析

4．3．1 桁高对动力特性的影响

4．3．2 桁高对车桥动力响应的影响

4．4 中塔刚度影响性分析

4．4．1 中塔刚度对动力特性的影响

4．4．2 中塔刚度对车桥动力响应的影响

4．5 主缆刚度影响性分析

4．5．1 主缆刚度对动力特性的影响

4．5．2 主缆刚度对车桥动力响应的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢