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高速磁浮轨道梁在车辆荷载作用下的振动研究

滕延锋  
【摘要】: 轨道梁是高速磁浮交通系统的主要组成部分。上海线轨道梁的动力设计主要依照德方提供的经验公式,该式对轨道梁的刚度要求甚高,设计和施工的难度较大。随着磁浮交通的发展,为满足跨越河流和城市主干道的需要,轨道梁的跨度必须进一步增大,德国经验公式难以满足开发新型轨道梁的需要。为优化现有梁型和开发新型中大跨度梁型,对轨道梁在车辆荷载作用下的动力特性进行深入研究是非常必要的。 本文以德国磁浮车辆为原型,建立了包括10自由度车辆模型、电磁铁模型、轨道梁模型和悬浮控制模型的磁浮车辆-轨道梁耦合振动分析模型;分析了磁浮上海线已有梁型的振动特性,并与现场测试数据进行了对比分析,提出了优化建议;研制了适用于中等跨度的轨道梁新梁型;在对已有梁型和本文研制的梁型进行大量仿真分析的基础上,研究了轨道梁振动与车辆参数、结构参数等之间的关系规律。本文完成的主要工作及结论如下: 1.运用本文建立的模型和相应的计算程序,分析了上海线单跨简支梁和双跨连续梁的动力特性。结果表明车速、轨道梁跨度、频率、阻尼等参数对轨道梁的动力特性有重要影响。德国经验公式偏于保守,建议在磁浮轨道梁动力设计中直接控制轨道梁的冲击系数和振动加速度。 2.提出了两种磁浮中等跨度桥梁方案(三跨连续梁桥和三跨刚构桥),分析了其在静活荷载作用下的变形和自振频率与跨度比、支墩刚度(仅对刚构桥)之间的关系规律,得到了两种桥型的跨度比宜在0.5到0.7之间、刚构桥支墩与主跨梁的线刚度比可取2.4等结论。本文研制的磁浮中等跨度桥梁方案已通过国家评审,成为后续工程的技术储备。 3.运用本文建立的模型和相应的计算程序,分析了中等跨度桥梁在车辆通过时的动力特性。研究表明,桥梁振动反应基本上随着车速的增加而增加;选择较小的跨度比是合适的;冲击系数和加速度随着桥梁截面刚度的增加而减小,说明增加桥梁截面刚度对减弱桥梁振动的作用是比较直接的。 4.冲击系数和截面刚度的关系可以作为确定结构方案所需截面尺寸的依据之一。在进行磁浮轨道梁(桥梁)设计时,建议采用如下方法:先确定刚度要求的上下限,通过车桥振动分析研究上下限范围内刚度对振动反应的影响,确定冲击系数对刚度变化不敏感的区域,据此选定合理的截面参数。 5.将本文仿真计算与磁浮上海线振动现场测试结果进行了对比和分析,证明本文所建立的模型、计算方法和相应的计算程序是可靠的,结论可为高速磁浮轨道梁(桥梁)动力设计提供理论依据。


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