考虑墩体参振的高速磁浮交通轨道梁动力特性研究

摘要

在高速磁浮列车作用下，轨道梁、墩会发生较大的变形和振动，对结构的安全、车辆的运行安全以及旅客的乘坐舒适度会产生很大的影响。针对磁浮系统的车桥振动，到目前为止的研究工作，无论是对连续梁还是简支梁，鲜少考虑墩的作用。随着墩的升高，墩的刚度会影响整个结构体系的动力特性，成为不可忽略的因素。高速磁浮列车引起的梁墩体系动力问题已成为当前高速磁浮技术发展遇到的重要课题。 本文结合国家自然科学基金资助项目《高速磁浮交通轨道梁动力特性研究》（项目号：50578010）的研究工作，建立了考虑墩体参振的高速磁浮列车-轨道梁系统动力分析模型，在电磁相互作用和梁墩体系自振特性分析的基础上，以磁浮线路实测不平顺作为外界激励源，对高速磁浮列车运行时所引起的车辆、轨道梁、墩的各项动力响应进行了计算分析，得出了高速磁浮列车引起的梁墩体系动力响应基本规律，从而为高速磁浮梁墩参数选取和方案选择提供理论基础与参考建议。全文具体开展了如下几方面的研究工作： （1）分析了高速磁浮列车、轨道梁、墩系统的电磁学、力学耦合关系，运用结构动力学、车辆动力学及电磁控制理论原理，采用模态综合技术，建立了考虑墩体参振的高速磁浮列车-轨道梁系统动力分析模型，给出了具体求解步骤。基于本文的分析理论以及多年的科研积累，独立编制了车-梁-墩动力分析程序。通过现场试验结果验证理论模型和分析方法的有效性。 （2）分析了磁浮线路平纵横面和线路结构主要特点，介绍了磁浮系统参数、轨道梁和下部结构相关技术要求，对乘坐舒适度控制指标、轨道梁及下部结构相关技术要求和参数选定依据和影响因素进行了综合分析，并和高速铁路相关标准进行了对比研究，为梁墩体系动力性能评价提供了评判标准。 （3）建立了电磁相互作用数学模型，研究了控制方案、控制参数、轨道梁参数对悬浮性能的影响规律，确定了保证高速磁浮列车稳定悬浮的磁轨参数匹配关系，提出了控制悬浮阶段过大振动的原则。 （4）以工程实践为背景，建立了磁浮交通轨道梁墩体系有限元模型，采用子空间迭代法计算了梁墩体系特征值和模态，分析了不同梁型、约束、墩高、墩重、跨数等因素对梁墩体系自振特性的影响，阐明了恒载作用下轨道梁墩体系动力特性，为进一步分析高速磁浮列车作用下梁墩体系动力响应及运行安全性和舒适性奠定基础。 （5）采用车-梁-墩动力相互作用模型，以磁浮线路实测不平顺作为外界激励源，对高速磁浮列车运行时所引起的车辆、轨道梁、墩的各项动力响应进行计算分析，研究了梁墩体系垂向共振和横向共振条件，对简支梁和两跨连续梁进行了动力学性能分析评估，阐明了高速磁浮列车作用下轨道梁墩体系动力特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1 高速磁浮技术发展现状

1.1.1 磁浮交通技术原理

1.1.2 世界各国磁浮交通技术发展

1.1.3 我国磁浮交通技术发展

1.2 车桥振动分析简要回顾

1.2.1 古典理论

1.2.2 现代理论

1.3 磁浮交通车线动力学研究现状综述

1.3.1 早期研究阶段

1.3.2 深化研究阶段

1.3.3 现今研究

1.4 研究的意义及内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

2 考虑墩体参振的列车-轨道梁体系动力分析模型

2.1 列车模型

2.1.1 车辆振动的基本型式

2.1.2 模型的基本假定

2.1.3 运动方程

2.2 电磁相互作用关系模型

2.3 轨道梁模型

2.4 线路不平顺模型

2.4.1 线路不平顺控制指标

2.4.2 线路不平顺检测及样本

2.5 考虑墩体参振的列车-轨道梁系统运动方程的推导

2.6 计算分析程序及结果验证

2.7 小结

3 线路主要技术要求及控制指标研究

3.1 线路主要特点

3.1.1 线路平纵横断面主要特点

3.1.2 线路结构主要特点

3.2 乘坐舒适度指标研究

3.2.1系统参数

3.2.2 舒适度控制指标

3.3 轨道梁技术要求

3.3.1 刚度方面要求

3.3.2 温差变形

3.3.3 动力特性方面要求

3.4 下部结构变形要求

3.5 小结

4 电磁相互作用关系及悬浮性能影响因素研究

4.1 电磁相互作用关系数学模型

4.1.1 分析假定

4.1.2 系统方程

4.2 悬浮性能影响因素

4.2.1 控制方案的影响

4.2.2 控制参数的影响

4.2.3 轨道梁参数的影响

4.2.4 轨道梁频率与控制器频率接近时的动力响应

4.3 小结

5 轨道梁墩体系自振特性分析

5.1 轨道梁墩体系概况

5.2 轨道梁墩体系自振特性计算理论

5.2.1 子空间迭代法求解特征值

5.2.2 轨道梁墩体系有限元模型

5.3 单跨简支轨道梁自振特性

5.3.1 支承约束对自振特性的影响

5.3.2 墩的高度对轨道梁墩体系自振特性的影响

5.3.3 墩的质量对轨道梁墩体系自振特性的影响

5.4 两跨连续轨道梁自振特性

5.5 多跨简支轨道梁自振特性

5.5.1 墩高对多跨轨道梁墩体系自振特性的影响

5.5.2 跨数对多跨轨道梁墩体系自振特性的影响

5.6 小结

6 考虑墩体参振的列车-轨道梁体系动力响应分析

6.1 计算条件

6.2 列车-简支梁墩体系动力响应分析

6.2.1 车辆动力响应

6.2.2 间隙变化

6.2.3 简支梁动力响应

6.2.4 墩顶位移

6.3 列车-连续梁墩体系动力响应分析

6.3.1 车辆动力响应

6.3.2 间隙变化

6.3.3 连续梁动力响应

6.3.4 墩顶响应

6.4 结论

7 结论与展望

7.1 研究结论

1. 高速磁浮列车-轨道梁-墩系统动力分析模型研究：

2. 电磁相互作用研究：

3. 轨道梁墩体系在恒载作用下的动力特性研究：

4. 轨道梁墩体系在高速磁浮列车作用下的动力特性：

7.2 本文研究的主要特点

7.3 展望

参考文献

作者简历