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高速铁路车—桥耦合振动分析

丁兆峰  
【摘要】:随着高速铁路的大量投产,现代列车时速的不断提高,车辆与桥梁结构的作用越来越大,加之桥梁在高速铁路线路中被大量使用,高速铁路车桥—耦合振动的研究变得越来越重要;当列车通过桥梁时,桥梁受到动力冲击作用,产生明显的振动效应列,从而反过来作用在列车上,从而影响列车的行车安全及行车舒适性,车辆与桥梁之间的相互作用,称为车—桥耦合振动,车桥耦合是一个集随机性、时变性、非线性于一体的复杂的动力学问题。 本文在研究车桥耦合时,将车桥耦合系统分为车辆模型、桥梁模型及轮轨关系三部分,将车辆模型建立为四轴5个特定自由度类型的空间振动方程,建立车辆模型的总自由度为27个;桥梁模型采用动态有限元法将其进行离散化,建立它的空间运动方程;轮轨关系采用轮轨弹性接触理论;以轮轨关系为纽带,将车辆和桥梁耦合成为一个系统,并建立耦合方程组,并对系统方程组按车辆和桥梁自由度的先后顺序进行分析整理,最后采用fortran语言编制计算程序,利用逐步积分法对桥梁动力响应进行了数值计算。首先以轨道高低不平顺作为系统的输入激励研究了列车以250km/h速度行驶时桥梁跨中的时域响应特性;然后考虑不同行驶速度、不同桥梁刚度、不同跨径以及不同跨数四种素单独作用下对桥梁跨中动力响应的影响,并探讨了各种影响因素与桥梁响应的关系,最后得出了一些具有实际意义的结论。 希望这些结论对桥梁设计、列车速度控制、桥梁动力性能评估、列车提速及桥梁加固等方面具有重要的指导意义和参考使用价值。


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