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原文传递城市轨道交通U型梁系统结构受力行为研究

论文题名：	城市轨道交通U型梁系统结构受力行为研究
关键词：	城市轨道交通;U型梁;疲劳实验;结构敏感性;车桥耦合振动;随机振动;环境振动
摘要：	U型梁系统是槽型梁在城市轨道交通中演化出的一种新产物。北京城建设计研究总院在南京地下铁道集团有限责任公司和重庆市轨道交通（集团）有限公司的支持下，联合国内科研院校经过几年的反复攻关设计、计算分析和试验研究，研发出了具有自主知识产权的U型梁系统，并已经在重庆轨道交通1号线得到应用。其具有环境友好、建筑景观适应性好、全寿命建设和运营成本低、系统高效率集成等优点。由于U型梁结构明显区别于传统的箱梁和T梁，其静力方面的刚度、抗裂性和极限承载能力，以及结构的安全性和耐久性;动力方面的车桥相互作用及环境振动影响研究在国内均处于空白。本文在总结和吸收前人研究成果的基础上，针对我国首次应用的城市轨道交通U型梁系统，主要进行了以下几个方面的研究工作: 　　 1、国内首次进行了U型梁结构静载试验和600万次疲劳加载试验。静载试验主要包括跨中截面最大弯矩加载、支座附近截面最大剪力加载、1.2倍设计弯矩作用下抗裂性能、跨中桥道板局部加载、在2.5倍设计荷载作用下桥梁结构的极限抗弯强度试验;疲劳实验主要包括600万次横向疲劳加载试验，以及600万次疲劳实验后的剪力、弯矩、抗裂和破坏性能实验。并在试验研究成果的基础上，针对后期工程提出了U型梁轨道交通系统相应的设计、施工建议。　　 2、针对U型梁轨道交通系统特殊的结构形式，采用大型通用有限元程序ANSYS建立了空间分析模型。重点对U型梁剪力滞效应和结构敏感性问题，从结构形式、加载方式等方面对结构进行了数值模拟和影响因素分析。　　 3、根据车辆动力学原理，运用Lagrange方程推导了并建立31个自由度的车辆整体动力学空间模型;然后基于离散系统的Hamilton原理推导了U型梁结构动力方程的有限元表达式。在借鉴前人研究成果的基础上，对U型梁轨道交通系统的激励源、轮轨接触几何关系和接触力学进行了详细推导和模拟;并通过轮轨接触关系联系起车辆和桥梁两个子系统，构成了车桥耦合振动的空间模型。采用动静刚度结合的方法，编制了车桥耦合大系统的数值计算程序。　　 4、从列车运行速度、桥梁结构参数、机车结构参数、轨道不平顺、随机振动等各方面，以重庆轨道交通1号线单跨30m小U梁为研究对像，从时域的结构敏感性和频域的随机振动(PSD)分析两方面入手，运用所编计算程序对U型梁轨道交通系统车桥动力响应进行了全面的研究和比较分析。　　 5、针对城市轨道交通U型梁的车桥动力响应带来的环境振动问题，以重庆轨道交通1号线U型梁工程为实例，研究了车桥耦合振动在土体中引起振动的传播规律，以及该振动对周边建筑物的影响。在研究过程中，借鉴前人的研究经验，将整个车桥环境振动系统分为两个子系统:即采用编程软件Fortran自编的车桥耦合振动程序和采用有限元程序Ansys建立的桥梁基础—土体—周边建筑物的三维模型。首先将前面推导得到的车桥耦合横、竖向力从自编程序中提取出来，作为外部激励施加在桥梁基础—土体—周边建筑物模型上;然后分析研究了不同影响因素作用下周边土体及周边建筑物的振动响应。
作者：	王彬力
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蒲黔辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文