高速列车-桥梁系统竖向共振影响因素及预防措施研究

摘要

随着我国高速铁路的大规模开通运营，车辆与桥梁的共振问题比以往更受到人们的重视，以往学者在做车桥系统共振分析时往往比较多的关注桥梁的共振，而车辆的共振问题研究甚少。本文运用列车-桥梁系统竖向振动分析模型及运动方程，对车辆以及桥梁的共振问题进行了深入的探讨，并从预防车桥共振的角度就我国高速铁路设计规范中关于桥梁基频限值规定的合理性进行了探讨。主要的研究工作以及结论如下:
　　 1.为了分析列车车辆的共振条件与预防措施，首先建立了10自由度的车辆竖向振动模型，基于此模型计算出CRH3动车以及拖车的一阶自振频率分别为0.632Hz和0.567Hz。
　　 2.基于轮轨密贴的基本假定，以轨道竖向不平顺作为列车-桥梁系统竖向振动的激励源，运用弹性系统总势能不变值原理以及形成系统矩阵的“对号入座”法则，建立了列车-桥梁系统竖向耦合振动分析模型与运动方程，运用FORTRAN语言编写相应的计算程序，并对程序进行了验证。
　　 3.对列车-桥梁系统竖向共振影响因素进行了分析，分析结果表明:车辆的速度以及桥梁的自振频率是影响桥梁共振的两个最主要的因素;轨道随机不平顺对桥梁的振动影响很小;增加桥梁的阻尼不能够避开桥梁的共振但是能够削弱共振时桥梁的动力响应;对于CRH3列车动力分散式列车编组与动力集中式列车编组从预防桥梁共振的角度讲具有相同的效果;不考虑轨道不平顺的情况下桥梁的等跨径多跨布置是引起车辆共振的主要因素;在考虑了轨道不平顺后车辆的共振现象不明显，但是振动响应增大很多，因此在做列车-桥梁系统动力响应分析时一定要考虑轨道不平顺的影响。
　　 4.基于桥梁动力系数随速度的变化曲线在桥梁设计车速范围内不急剧增大这一原则，本文给出了设计车速分别为350km/h、300km/h和250km/h的32m简支梁桥避开其第一次共振的自振频率限值分别为150/L、130/L和110/L的建议值。另外，本文论证了高速铁路设计规范中关于桥梁基频下限值的规定意义不大以及不对桥梁基频上限值进行规定是合理的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 高速铁路概况

1．1．1 高速铁路的发展概况

1．1．2 我国高速铁路桥梁概况

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车桥振动研究现状

1．2．2 车桥共振研究现状

1．2．3 现有的预防车桥共振的措施

1．3 本文研究的意义及主要内容

1．3．1 本文研究的意义

1．3．2 本文研究的主要内容

第二章 列车-桥梁系统竖向振动模型

2．1 概述

2．2 车辆振动模型

2．3 桥梁振动模型

2．4 轮轨接触处的约束关系

2．5 车辆-桥梁单元的总势能

2．5．1 车-桥单元的重力势能

2．5．2 车-桥单元的弹性应变能

2．5．3 车-桥单元的阻尼力势能

2．5．4 车-桥单元的惯性力势能

2．6 车-桥单元矩阵

2．7 车辆-桥梁系统振动方程

2．8 程序的验证

2．9 本章小结

第三章 列车-桥梁系统竖向共振影响因素分析

3．1 车速的影响

3．1．1 参数的选取

3．1．2 引起桥梁共振的车辆速度初步分析

3．1．3 列车走行性与桥梁动力性能评判标准

3．1．4 不同车速下车桥动力响应分析

3．1．5 计算结果分析

3．2 列车编组的影响

3．2．1 计算模型及列车编组状况

3．2．2 各编组下车桥系统动力响应计算

3．2．3 计算结果分析

3．3 桥梁阻尼的影响

3．3．1 不同桥梁阻尼下车辆以及桥梁动力响应计算

3．3．2 计算结果分析

3．4 桥梁跨径布置的影响

3．4．1 车辆共振初步分析

3．4．2 桥跨方案选取

3．4．3 各桥跨方案下列车-桥梁系统动力响应计算

3．4．4 计算结果分析

3．5 不平顺的影响

3．5．1 不平顺样本的选取

3．5．2 考虑不平顺作用下车桥系统动力分析

3．5．3 计算结果分析

3．6 本章小结

第四章 我国高速铁路桥梁自振频率限值探讨

4．1 引言

4．2 桥梁自振频率下限值的探讨

4．3 避开桥梁共振的桥梁自振频率限值探讨

4．4 桥梁自振频率上限值的探讨

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要的研究工作以及结论

5．2 本文的主要创新点

5．3 今后的工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果