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原文传递提速列车荷载作用下车桥耦合振动与桥梁振动控制研究

论文题名：	提速列车荷载作用下车桥耦合振动与桥梁振动控制研究
关键词：	提速列车荷载;车桥耦合振动;桥梁振动控制;数值计算;现场测试
摘要：	九七年我国铁路提速以后，现场测试中发现：客车过桥时，当速度为160km/h左右时，对于长编组列车，由于后续车辆的连续作用，32m下承钢板梁出现竖向共振现象；货车过桥时(尤其是空货车过桥时)，桥梁横向振动出现“共振”现象，最大横向振动幅值大大超过我国现行《桥梁检定规范》规定的参考限值，严重制约了货物列车速度的提高。而这些共振或“共振”现象为过去的车桥耦合振动理论所不能解释。　　为了进一步认识列车提速后车桥耦合振动的规律，抑制桥梁结构振动，保证列车在桥上的行车安全，确保列车提速顺利实现，本文针对我国铁路提速后，列车过桥时出现的竖向共振现象和桥梁跨中横向振幅严重超限问题，在系统总结和综合评述了目前国内外关于车桥耦合振动研究与桥梁振动控制技术研究的现状及发展趋势的基础上，通过理论分析、数值计算、现场测试和试验研究，对提速和高速客车过桥时简支梁桥的竖向共振机理、提速空货车过桥时上承钢板梁桥横向振动机理以及采用MTMD抑制既有钢板梁桥竖向共振和横向“共振”等问题进行了深入系统的研究。研究工作主要包括以下几个部分。　　1.提速列车作用下简支梁桥的竖向振动及横向振动机理研究。研究结果表明：⑴在多个移动荷载作用下桥梁结构的竖向共振现象是由桥上每个移动荷载产生的瞬态振动相叠加引起的，而不是由强迫振动引起的。客车过桥时，多节相同的车辆通过简支梁桥，当轴重项的变化周期与桥梁竖向有载自振周期的整数倍相等时，由各车辆静轴重移动荷载引起的桥梁瞬态振动部分在振动过程中相互叠加，使桥梁竖向振动出现共振现象。⑵空货车过桥时桥梁结构的横向振动出现的“共振”现象，主要是由列车中少数车况差的车辆(其轮对蛇行波长在8m～9m范围内)引起的。当列车行驶速度在某一特定速度范围内，使轮对蛇行频率与桥梁横向有载自振频率接近时，桥梁横向振动出现较大的振幅，即出现“共振”现象。　　2.MTMD抑制列车荷载作用下桥梁结构竖向振动和横向振动的理论研究。经过大量的模拟计算和分析，结果表明：⑴MTMD抑制谐波激励下产生的共振现象具有很好的效果和较宽的减振频带，其抑振效果与结构的振动状态和荷载激励时间的长短密切相关。当荷载激励时间足够长，结构振动时程曲线表现为共振特征时，抑振效果最佳；而当荷载激励时间较短，结构振动时程曲线不具备共振特征时，减振效果较差。⑵采用MTMD抑制列车荷载作用下钢板梁的竖向共振效果非常明显，而且采用MTMD时，TMD装置只需要较小的阻尼就能取得较好的抑振效果。⑶MTMD抑制32m上承钢板梁桥横向振动的平均减振率为43.8％；抑制40m上承钢板梁桥横向振动的平均减振率为50.2％。MTMD的减振效果与列车运行的速度密切相关，当列车的速度正好达到使列车对桥梁的激励频率与桥梁的有载自振频率相接近，桥梁产生最大横向振幅(即发生“共振”现象)时，减振效果最佳。　　3.MTMD抑制列车荷载作用下桥梁结构横向振动的现场试验研究。现场试验结果表明：⑴MTMD抑制铁路上承钢板梁桥的横向振动，普遍有效。⑵MTMD抑振的效果与桥梁跨中横向振动时程曲线的波形特征密切相关：如果时程曲线中出现“共振”波形时，MTMD的抑振效果明显；如果桥梁振动的波形不具备共振的特征，即使振动波形中的振幅值较大，MTMD抑振效果不够理想。⑶对于40m上承式钢板梁桥，其振动波形具有明显的共振特征，MTMD的抑振效果明显，试验中实际测得的最大减振率为51.83%；而对于32m上承式钢板梁桥，其振动波形不具有共振的特征，这时MTMD抑振效果不明显。　　本文的主要创新成果是：　　1.在多个移动荷载作用下，桥梁发生的竖向共振现象是由各移动荷载产生的瞬态振动相互叠加引起的，而不是由强迫振动引起的。　　2.空货车过桥时桥梁结构的横向振动出现的“共振”现象，主要是由列车中少数车况差的车辆(其轮对蛇行波长在8m～9m范围内)引起的。当列车行驶速度在某特定速度范围内，使轮对蛇行频率与桥梁横向有载自振频率接近时，桥梁横向振动出现较大的振幅，即出现“共振”现象。　　3.在国内首次将TMD抑振技术用于抑制铁路上承式钢板梁桥由于列车荷载引起的横向振动取得成功，现场试验的最大减振率为51.83％。
作者：	苏木标
专业：	固体力学
导师：	邹振祝
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文