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原文传递波浪荷载作用下高速列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究

论文题名：	波浪荷载作用下高速列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究
关键词：	公铁两用斜拉桥;波浪荷载;数值水槽;车桥耦合;动力响应
摘要：	现代化铁路的发展离不开桥梁建设的基础，铁路桥梁能极大地促进地区经济繁荣发展，然而我国沿海地区的跨海铁路桥梁时常面临着波浪荷载的冲击，而大跨度桥梁往往在设计时呈现出较大的柔性，使得波浪运动对桥梁与列车具有明显的动力影响。目前对于列车、桥梁在波浪荷载联合作用下的动力响应结果及运行性分析较少，因此，对波浪荷载下的车桥耦合动力响应研究有待进一步地探讨与分析。　　本文基于流体动力学理论与车桥耦合动力学理论，以一座铁路桥梁为研究对象，建立数值波浪水槽得到了不同工况下的波浪力，在Ansys有限元软件中对桥梁模型进行了波浪荷载下的动力响应分析，并对桥梁、轨道模型进行子结构分析得到柔性体文件，然后采用Simpack多体动力学软件进行车-轨-桥耦合模型的建立，最后对波浪荷载下的车-轨-桥耦合模型动力响应结果做出了讨论与分析。本文主要得到了以下结果：　　（1）基于Stokes五阶波及Jonswap波浪谱，采用Fluent计算流体力学软件建立了桥塔在深水环境下的三维数值波浪水槽模型，模拟了不同工况下的波浪力，调取波面高度变化图验证了数值水槽建设的正确性，其次对波浪远动时的速度场及压力场进行了分析，发现波浪在桥塔附加发生明显的变化，同时波浪力随着时间呈周期性变化，波浪力随着波高的增加逐渐增大。　　（2）基于Ansys软件建立了跨海桥梁有限元模型，对其进行了模态分析，前10阶自振特性结果表明：桥梁主跨跨中及桥塔塔顶是动力响应中需要关注的主要位置。其次拟定了四种波浪工况，对桥梁在四种波浪工况下的动力响应进行了分析，结果表明不同位置处的加速度响应结果与位移响应结果同样随着波高的增加会出现逐步变大，其中塔顶动力响应依次大于主跨跨中响应、次边跨及边跨响应。　　（3）基于Simpack动力学软件建立了35个自由度的单节列车，然后对其进行编组建立了多编组列车模型。采用柔性轨道法将柔性轨道导入动力学软件中，并与多编组列车模型进行耦合，根据德国低干扰功率谱模拟了四种轨道不平顺，最后计算得到列车以250km/h车速运行的行车安全性及舒适性结果，根据高铁规范对结果进行分析，结果表明列车运行安全性及舒适度均能满足要求。　　（4）采用Simpack软件对主自由度选取与桥梁柔性体频率的关系进行了说明；其次建立了波浪荷载下的车-轨-桥动力学耦合模型；车速与波浪联合作用下的车-轨-桥动力学模型计算结果表明桥梁动力响应受波浪波高大小影响，波高越大，动力响应随之增大，车速越大，增长率越大。列车子系统的运行安全性结果中脱轨系数及轮对横向力增长较快，车速及波浪荷载的增大，列车加速度明显增加，并且乘客会有明显的不适感。
作者：	杨彤麟
专业：	建筑与土木工程
导师：	罗浩;石励君
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2022