详情

原文传递 “公轨合一”型高架桥车桥耦合振动分析

论文题名：	“公轨合一”型高架桥车桥耦合振动分析
关键词：	高架桥;列车-桥梁耦合系统;振动分析;数值模拟
摘要：	轨道交通以其运量大、高速便捷、能耗低、环境污染小等优点，在世界范围内得到了快速发展。为了缓解日益拥堵的城市交通现状和满足国民经济发展的需要，我国各大城市掀起了城市轨道交通建设高潮。在建设大潮中，出现了一种新型的城市高架桥—“公轨合一”型城市高架桥。该桥梁结构形式为了充分利用交通路线、节约土地，将城市轨道交通地上线路与公路高架桥合二为一。与一般的“公轨两用”桥梁不同，该桥型的上下桥幅不相当，桥梁结构在单侧汽车荷载作用下的空间扭转效应明显，可能会对下部轨道交通线路的运行过程造成影响；其次，该桥梁一般都处于城市闹市区，周围存在大量的居民楼、写字楼，活动的人群，该桥梁在汽车、列车荷载作用下的结构振动诱发二次噪声问题亦为推广该桥型的一种阻碍。桥梁结构振动辐射二次噪声问题需由桥梁结构构件的振动作为边界条件来获得二次噪声的声场分布，由于时间精力有限，本文首先分析在汽车、列车荷载作用下的桥梁结构振动特性，关于二次噪声部分的研究将作为后续研究工作。　　鉴于此，本文以某市在建“公轨合一”型城市高架桥为研究对象，为获得箱型梁侧壁、上下面板的振动特性，以薄板单元和杆单元借助ANSYS有限元软件建立了桥梁的有限元模型，优化并延拓了现有10自由度列车模型，推导了17自由度可以考虑列车车体空间效应的垂向模型，列车参数采用了最常见的B型地铁机车，轮轨关系假定为密贴，列车—桥梁耦合系统采用分离迭代法求解，其中桥梁振动方程采用ANSYS求解，列车运动方程采用FORTRAN语言自编程序求解，汽车荷载采用移动常力模型，根据汽车类型和用途划分了不同工况，讨论了上部公路路面的汽车荷载对下部轨道梁上运行的列车的影响；另外，本文还根据美国轨道谱，数值模拟了3级轨道谱和6级轨道谱对应的轨道不平顺度，讨论了轨道不平顺因素对本文采用的“公轨合一”型高架桥-汽车-列车耦合系统各子系统的影响。通过上述研究，文章得到如下结论：　　（1）上部公路路面加载的汽车荷载对下部轨道梁上的列车运行过程影响很小，可以忽略不计。因此，在做“公轨合一”型高架桥结构设计时，可以借鉴本文所采用的桥型和结构布置，并且在此桥型下，公路桥和轨道梁两个子系统可以分开独立进行结构设计。　　（2）轨道不平顺对于本文的“公轨合一”型高架桥-汽车-列车耦合系统而言，对列车子系统的影响较大，轨道越不平顺，车辆的响应越大，对桥梁子系统的影响较小，桥梁跨中节点的动位移基本不受轨道不平顺因素的影响，因此此类高架桥在做桥梁结构设计时，可以忽略轨道不平顺的影响；　　（3）高于美国3级轨道标准的轨道，均能够较好满足列车运行过程中的列车平稳性（旅客的乘坐舒适性），因此地铁运营方可以考虑采用美国3级轨道谱对应的平整程度的轨道以节约建设成本；　　（4）GB5599-85中基于平稳性指标的评价方法较基于最大振动加速度指标的评价方法更为合理，后者仅能作为简化方法。
作者：	刘亨
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：	2014
正文语种：	中文