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原文传递支座与桥梁横向连接失效对列车-轨道-桥梁系统动态特性的影响

论文题名：	支座与桥梁横向连接失效对列车-轨道-桥梁系统动态特性的影响
关键词：	桥梁支座;连接失效;动态特性;运行安全性
摘要：	支座是桥梁结构中重要部件之一，其起到了连接梁体和桥墩的承上启下作用，桥梁支座性能好坏与否对于确保桥梁的整体力学特性、维护桥梁安全服役性能具有至关重要的作用。但是在桥梁的服役过程中，由于列车荷载、温度荷载、强风荷载、地震荷载等外载荷的综合作用，支座与梁体之间的连接销钉可能会被剪断，导致支座与梁体的横向连接失效。一旦支座和桥梁间连接失效，支座和梁体之间即会发生横向相对位移，严重破坏桥梁结构的整体性及安全服役性能，也同时严重影响桥上轨道结构的连续性和平顺性。当列车通过时，桥梁横向移动引起的轨道横向附加不平顺会加剧轮轨相互作用，恶化轮轨动态接触关系，进而影响列车的安全平稳运行。而剧烈的轮轨相互作用力也会向下通过轨道结构作用到桥梁上，导致桥梁横向变形进一步加剧，桥梁整体性和服役性能也进一步恶化；反过来，剧烈的桥梁变形会加剧轨道结构的变形，并进一步影响列车的运行性能。　　本文大量调研了支座与梁体横向连接失效情况下车轨桥动态特性研究成果，以贵州某铁路桥梁支座与梁体连接失效实际工程问题作为研究对象，开展支座与梁体横向连接失效情况下列车-轨道-桥梁动态特性研究。主要研究内容和结论如下：　　（1）基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立的考虑支座与梁体横向连接失效的车轨桥耦合动力学模型，采用该模型可以准确求解支座病害对车轨桥系统动态特性的影响。该模型可详细考虑列车悬挂系统的非线性、轮轨接触非线性、轨道随机激励等因素，并采用显-隐式混合积分的方法进行求解，可在保证计算精度的基础上提高计算效率。　　（2）通过现场试验及理论仿真的方法研究了有无支座病害下的桥梁自振特性，揭示了支座与梁体横向连接失效下车轨桥系统基本振动特性。结果表明：支座与梁体之间横向连接失效会严重影响列车-轨道-桥梁系统动力相互作用；当支座有、无病害时，第2阶~第5阶桥梁模态频率有较大差别，支座与梁体连接失效主要影响的是梁的横向模态以及边墩的纵飘模态；病害支座附近的梁端横向振动明显大于墩顶的横向振动，差别达到8倍之多；当支座出现病害后，墩顶横向加速度在15Hz以上的振动比梁端振动大，说明支座与梁体之间横向连接失效主要影响结构的横向振动；支座与梁体连接失效导致列车通过时的轮轨力出现了100~200Hz的高频成分，除此之外列车通过时的轮轨力频率范围主要集中在80Hz以下。　　（3）分析了列车运行速度、列车载重以及支座与梁体间相对位移对车轨桥系统振动的影响规律，对支座病害下列车-轨道-桥梁系统的运营安全性开展了动态评估。研究表明：当列车行驶速度在40km/h至65km/h的范围内变化时，轮重减载率的数值已经趋近于0.6的第二限度值，表明列车在该桥梁上运行时确实有可能出现运行安全隐患；随着速度的增大，病害梁端处的垂向加速度影响增幅达到200%，病害梁端的横向位移增幅达到了183.5%，中跨跨中横向加速度、第一跨跨中横向加速度的增幅也均达到了100%，病害桥墩顶部横向位移、中跨跨中横向位移、第一跨跨中横向位移也都有超过60%的增幅；随着列车载重的增大，各指标均随着列车载重量的增大而有所增大；除了轮重减载率之外，其他指标均在国家标准所规定的安全范围之内，而轮重减载率则是略微超出标准的规定，但是可以通过加重载重缓解该效应。整体来看，当支座和梁底之间横向连接失效时，列车的安全运营仍可得到有效保证。中间墩支座发生损伤下的结果规律与边墩类似，不过中间墩导致的车轨桥系统振动要大于边墩支座损伤，表明要对中间墩支座予以更为着重的关注。
作者：	乔心格
专业：	土木工程
导师：	周建庭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022