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原文传递跨座式单轨列车与桥梁耦合振动特性及行车状态评估

论文题名：	跨座式单轨列车与桥梁耦合振动特性及行车状态评估
关键词：	轨道梁桥;跨座式单轨列车;车桥耦合;振动特性;行车状态
摘要：	在众多的轨道交通制式中，跨座式单轨交通系统以其独特的适应性和经济性而被广泛关注。随着城市发展速度的不断加快，越来越多的城市轨道交通线网规划方案已经开始采用这种形式，并取得了显着成效。目前跨座式单轨的车桥耦合研究以中运量中等行驶速度为需求导向，轨道梁线形偏差等对列车行驶舒适性影响因素没有得到考虑。本文以某单轨工程区间轨道梁为依托，基于车桥子系统迭代思路推导并建立了跨座式单轨车桥的耦合振动动力方程，开发了MATLAB与ANSYS相互交互的车桥耦合分析程序，并进行了验证；在验证合理的基础上研究轨道梁线形等因素对单轨列车及轨道梁振动的影响，并确定保证舒适驾驶的线形标准；探讨了地震对跨座式单轨车桥系统的振动特性的影响。主要研究工作和成果包含如下：　　(1)跨座式单轨车桥耦合振动数值分析方法研究。首先基于车桥子系统迭代的思想，分别建立单轨列车整车动力系统模型和桥梁有限元系统模型；再从充气轮胎力学振动特性出发，结合跨座式单轨列车的特点和构件之间的独立性，模拟列车与轨道梁的接触轮对及其接触状态，应用D''Alembert原理推导了列车各组轮对的作用力，并建立起单轨车桥耦合动力方程；最后利用MATLAB与ANSYS语言编制了列车-轨道梁系统动力相互作用分析的数值计算程序。　　(2)跨座式单轨车桥耦合振动数值分析程序的验证。通过仿真数据结果和文献、试验检测数据资料的对比验证表明，数值计算结果与实测结果吻合较好，验证了本文建立的单轨车桥耦合理论的合理性与数值分析程序的有效性。进一步分析了单、双轴车两种不同车型对车桥系统的影响，研究表明不同车型具有不同的车体质量和轮胎动力特性，所以对整个列车-轨道梁系统的振动响应有不同程度的影响，其中由于单轴车的车体质量更小、轮胎动力特性更好，使得车体和轨道梁的振动效应更小。　　(3)基于行车舒适性的轨道梁线形偏差控制标准研究。研究高速情况下不同轨道梁线形偏差参数对振动系统的影响，结果表明：①轨道平整度等级、梁体下挠程度、桥墩高程偏差和支座处偏差等轨道线形控制参数对车桥系统的加速度安全限值、车辆的运行品质及乘坐舒适性均有较为显著影响，为满足不低于二级舒适性等级要求需要控制轨道平整度等级不超过B级，挠跨比不超过1/2000，桥墩高程及支座处偏差不高于5mm。②各种线形参数在高速行驶状况下对车桥系统振动特性和车辆行驶舒适性的影响更为显著，需要制定更加严格的线形控制标准才能保证行驶的舒适性和平稳性。　　(4)跨座式单轨列车-轨道梁桥系统在地震作用下的动力响应分析。研究并揭示了有无地震，不同类型、强度等级以及高速行驶状态对于车桥系统的影响规律，结果表明：地震作用使得车桥的横向响应均有明显加剧，因为跨座式单轨与轨道梁独特的轮轨接触关系使得列车行驶安全性在不同强度等级地震下均能得到保障，连续刚构轨道梁相比简支轨道梁具有更好的行车舒适性和安全性。
作者：	张灵恺
专业：	建筑与土木工程
导师：	周军勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2022