列車(chē)—軌道（橋梁）系統(tǒng)豎向振動(dòng)分析.pdf

1、我國(guó)列車(chē)不斷提速。隨著列車(chē)速度的不斷提高，軌道、橋梁結(jié)構(gòu)受到的動(dòng)力沖擊作用越來(lái)越大，列車(chē)自身的動(dòng)力響應(yīng)也在增大。國(guó)內(nèi)外對(duì)列車(chē)—軌道(橋梁)豎向振動(dòng)的研究很多，但在下列方面仍存在一些問(wèn)題：例如：鋼軌截面剪力和彎矩的計(jì)算公式，高速列車(chē)—板式軌道—橋梁系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的有限元分析，車(chē)輪跳離鋼軌的安全性，橋梁的撓度和應(yīng)力沖擊系數(shù)等。本文針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展了一系列的工作，取得了如下成果： 1.首次基于單元?jiǎng)恿Φ钠胶鈼l件，提出了計(jì)算移動(dòng)列車(chē)作用

2、下連續(xù)或離散粘彈性基礎(chǔ)鋼軌任意截面剪力和彎矩的有限元公式。所提出的公式不僅能退化為計(jì)算移動(dòng)列車(chē)作用下簡(jiǎn)支或連續(xù)Bemoulli-Euler梁任意截面剪力和彎矩的有限元公式，也能退化為計(jì)算靜止荷載作用下Winkler基礎(chǔ)Bemoulli-Euler梁任意截面剪力和彎矩的有限元公式。用幾個(gè)算例驗(yàn)證了所提出公式的正確性，并與使用直接對(duì)位移求導(dǎo)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。數(shù)值結(jié)果表明：與直接對(duì)位移求導(dǎo)的方法相比，運(yùn)用本文所提出的有限元公式可以顯著

3、提高計(jì)算結(jié)果的精度及計(jì)算效率。 2.視列車(chē)、橋梁兩端有碴軌道、橋上板式軌道以及多座橋梁為一個(gè)整體系統(tǒng)，將軌道和橋梁用有限元離散，利用曾慶元院士提出的彈性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)總勢(shì)能不變值原理及形成矩陣的“對(duì)號(hào)入座”法則，首次建立了有限元形式的系統(tǒng)振動(dòng)矩陣方程。分析了兩種確定性軌道不平順(鋼軌扣件失效不平順、鋼軌表面存在單一諧波型不平順)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響；研究了軌道高低隨機(jī)不平順激擾下高速列車(chē)與橋上板式軌道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。數(shù)值結(jié)果表明：(

4、1)為了高速列車(chē)安全運(yùn)行及軌道處于良好的受力狀態(tài)，應(yīng)保證扣件處于正常的工作狀態(tài)，嚴(yán)格限制短波長(zhǎng)不平順的波深；(2)簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)宜用應(yīng)力沖擊系數(shù)，而不宜用撓度沖擊系數(shù)；(3)秦沈客運(yùn)專(zhuān)線24m跨度橋梁以及軌道參數(shù)能保證高速列車(chē)正常運(yùn)行，故能用于高速鐵路設(shè)計(jì)之中。 3.基于輪軌剛性接觸模型，首次導(dǎo)出了考慮輪對(duì)跳離鋼軌的2軸車(chē)輛—橋梁振動(dòng)矩陣方程，數(shù)值模擬了車(chē)輪從正常接觸鋼軌、跳離鋼軌到再次接觸鋼軌的動(dòng)態(tài)過(guò)程。數(shù)值結(jié)果顯示：當(dāng)車(chē)輪跳離

5、鋼軌時(shí)，對(duì)于同樣的不平順波長(zhǎng)la，不平順波深-a越大、車(chē)速越高，車(chē)輪跳離得越高，輪軌沖擊力越大，第2次輪軌分離的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，輪軌兩次分離之間的時(shí)間間隔越短。 4.將下承式簡(jiǎn)支桁架橋、橋上的雙層懸掛機(jī)車(chē)及其牽引的多輛具有一系中央懸掛的貨車(chē)視為一個(gè)系統(tǒng)，首次導(dǎo)出了該系統(tǒng)的豎向振動(dòng)矩陣方程。利用我國(guó)三大干線軌道高低隨機(jī)不平順功率譜密度函數(shù)，計(jì)算了提速貨物列車(chē)和旅客列車(chē)通過(guò)64m跨度下承式簡(jiǎn)支鋼桁架橋時(shí)下弦桿節(jié)點(diǎn)的撓度沖擊系數(shù)和每根桿

6、件的應(yīng)力沖擊系數(shù)。數(shù)值結(jié)果顯示：(1)提速旅客列車(chē)以速度160、180、200 km/h運(yùn)行時(shí)的橋梁撓度沖擊系數(shù)和桿件應(yīng)力沖擊系數(shù)均小于貨物列車(chē)以速度60、70、80、90 km/h運(yùn)行時(shí)相應(yīng)的沖擊系數(shù)；(2)在桁梁設(shè)計(jì)中宜用應(yīng)力沖擊系數(shù)，而不宜用撓度沖擊系數(shù)。 5.分別導(dǎo)出了有限元法和模態(tài)分析法的雙層軌道結(jié)構(gòu)模型的列車(chē)-有碴軌道-橋梁系統(tǒng)豎向振動(dòng)的矩陣方程。對(duì)比了兩種方法的計(jì)算結(jié)果和計(jì)算效率，數(shù)值結(jié)果表明：(1)用有限元法計(jì)