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原文传递 “公轨合一”型高架桥汽车/列车行车相互影响研究

论文题名：	“公轨合一”型高架桥汽车/列车行车相互影响研究
关键词：	城市高架桥;地铁列车;汽车荷载;行车舒适性;振动响应
摘要：	“公轨合一”型城市高架桥将轨道交通地上线路和公路高架桥合二为一，具有充分利用土地、节约建设资源、外型美观等优点。随着各大城市的发展，此类新型桥梁也将越来越受欢迎。此类桥梁与一般的“公铁两用”桥梁不同，“公轨合一”桥梁上部公路梁远宽于下部轨道梁，桥梁呈倒梯形，公路梁可能在汽车荷载作用下扭转效应明显，引起较大的振动，对下部轨道梁上地铁列车的运行舒适性、安全性造成影响；其次，公路梁上汽车也可能会受到下部地铁列车的影响，导致汽车的行车舒适性变差；第三，此类桥梁位于城市市区，桥梁受汽车荷载和列车的作用会诱发结构噪声问题。以上三大不利因素可能会成为此类桥梁在城市中推广的一种阻碍，本文着重研究地铁列车和汽车的相互影响问题，分析列车的和汽车的行车舒适性问题。桥梁振动引发的结构噪声问题需要以桥梁的振动响应为基础进行预测分析，由于时间精力有限，结构噪声部分的研究暂不分析。　　针对上述问题，本文以某市在建的“公轨合一”型城市高架桥为研究对象，建立桥梁有限元模型，采用7自由度的汽车模型和移动荷载列模型模拟公路梁汽车荷载，17自由度的列车模型模拟轨道梁列车荷载，列车轮轨关系考虑为赫兹非线性接触。车桥系统中车辆方程和桥梁模型通过分离迭代的方式进行求解，本文划分了不同的计算工况，讨论了：①上部公路梁汽车与下部轨道梁列车的相互影响问题；②汽车和列车的行车舒适性问题；③公路梁和轨道梁在不同不平顺级别下桥梁的位移响应问题。通过上述研究，得到如下结论：　　（1）此类桥梁上部公路梁通过汽车荷载，下部轨道梁通过列车荷载，在一般工况和最不利工况下，汽车与列车之间的相互影响程度均很小，可以忽略不计。因此，在进行公路高架桥和轨道交通高架桥的共建设计时，可参考此类型桥梁的结构布置，分别设计公路梁和轨道梁。　　（2）对于公路梁上汽车而言，路面不平顺是汽车过桥的主要激励源，当汽车按照设计车速70km/h（约20m/s）通过且路面平整度优于B级路面时，行车舒适性较好；当路面平整度处劣于C级路面时，乘客会产生不舒适感。对于轨道梁上列车而言，当轨道不平顺程度优于美国4级谱时，列车的行车舒适度较好；当轨道不平顺程度劣于美国3级谱时，列车车体会产生较大的振动，乘客舒适度不合格。　　（3）公路梁桥面不平顺考虑为无、A级、B级和C级四个等级，当一侧通过汽-20级车队时，桥梁跨中位移最大值随桥面不平顺变差而增大。桥梁跨中位移响应在路面不平顺级别为无、A、B时相差很小；但当路面为C级时，桥梁跨中位移变化趋势增大，跨中位移最大值较无不平顺时增大了24.2％。因此，维护路面平整度，对于降低桥梁响应，延长使用时间，保证桥梁的正常工作状态具有重要意义。　　（4）轨道梁上通过设计时采用的列车荷载，轨道不平顺考虑为无、6级、5级、4级和3级五个等级，轨道梁跨中位移最大值受不平顺影响较小，在分析计算轨道梁跨中位移响应时，可不考虑不平顺的影响。
作者：	郄嘉琳
专业：	结构工程
导师：	谢伟平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文