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原文传递跨座式单轨钢混组合梁桥的车桥耦合振动分析与疲劳可靠度研究

论文题名：	跨座式单轨钢混组合梁桥的车桥耦合振动分析与疲劳可靠度研究
关键词：	钢混组合梁桥;跨座式单轨;车桥耦合振动;疲劳损伤;可靠度评估
摘要：	跨座式单轨交通作为一种中等运量的轨道交通制式，具有投资小、建造快、地形适应强、空间利用率高等诸多优点，目前已在我国重庆、芜湖等城市得到应用。然而，跨座式单轨的轨道梁截面尺寸小，在行驶过程中车辆与桥梁的耦合振动效应明显，过大的振动响应不仅影响乘客的乘坐舒适性，还会降低结构的安全和使用性能。同时，随着钢混组合梁桥在跨座式单轨交通中的进一步应用，振动引起的疲劳问题也不容忽视，分析其在车桥相互作用下的疲劳损伤以及可靠度具有重要意义。本文将针对上述问题，对跨座式单轨钢混组合梁桥的车桥耦合振动与疲劳可靠度开展研究，主要研究内容及成果包含：　　(1) 建立跨座式单轨车辆与轨道梁桥的车桥动力相互作用模型。基于多体动力学理论与结构有限元分析方法，并考虑充气轮胎与轨道梁之间的相互作用关系，推导了跨座式单轨的车桥耦合动力平衡方程，并基于 Matlab 编制了响应的分析程序。同时，基于重庆市轨道交通的实测数据，将数值仿真与试验结果进行对比，验证了车桥耦合模型与自编程序的可靠性。　　(2) 开展了跨座式单轨钢混组合梁桥的车桥耦合动力分析。以芜湖市轨道交通的钢混组合轨道梁为研究对象，通过 Midas Civil 建立有限元模型并分析桥梁的动力特性，基于编制的车桥耦合程序研究了跨座式单轨钢混组合梁桥的车桥动力响应与耦合振动特性。结果表明：车速会明显影响桥梁的动力放大系数，最大增幅可达 24.22%。当车速超过 80km/h时，车辆与轨道梁桥之间的动力放大效应使桥梁的竖向动位移在超员状态超出现行规范规定的位移限值，对桥梁设计起着控制作用。同时，采用现行铁路规范开展的车辆乘坐舒适性评价结果表明：当列车以 5~80km/h的速度过桥时运行品质为良好，乘车舒适性评定等级为优秀。　　(3) 构建了基于车桥耦合振动的跨座式单轨钢混组合梁桥的疲劳性能评估方法。基于弹性力学理论推导了桥梁动应力的计算方法，同时结合雨流计数法获取车辆过桥的应力分布直方图，并将其转化为为等幅应力幅，最后基于Miner线性累积损伤准则研究了桥梁构件细节的疲劳损伤以及剩余疲劳寿命。结果表明：当列车以 78~83km/h 的速速通过时会对桥梁产生较大的疲劳损伤，且桥梁的疲劳损伤受载客影响较大，高载客产生的疲劳损伤比低载客可高出26.95%。　　(4) 建立了考虑载客随机性的跨座式单轨钢混组合梁桥疲劳可靠度评估方法。以载客量作为随机变量，基于蒙特卡洛法对车桥系统开展随机动力分析，确定疲劳构件的等效应力幅及其对应循环次数的概率模型，并建立极限状态方程来研究桥梁的疲劳可靠度。结果表明：桥梁疲劳可靠度指标随运营时间的增长而减小，同时车速对疲劳可靠度指标的影响也不容忽视，一些特定车速会明显降低构件疲劳可靠度。
作者：	邓圣杰
专业：	土木工程
导师：	邓军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023