文档介绍：西南交通大学
博士学位论文
高速铁路曲线梁桥车桥耦合振动分析及大跨度曲线梁桥设计研
究
姓名:单德山
申请学位级别:博士
专业:桥梁与隧道工程
指导教师:李乔
19990601
内容提要究。与静力分析相比,对曲线粱动力分析所作的工作要少侄啵抑饕<性诙宰舒适性分析。西南交通大学研究生学位论文近二十多年来,国内外学者对曲线粱的静力分析理论和计算方法作过大量的研振特性和地震反应的计算理论和方法上。对曲线粱车桥耦合振动的砥究工作也只有在美国、加拿大等国修建高速公路时,由政府资助了一些科研和实测工作,。显然这些理论和方法在某种程度上都存在着不足,本文的目的就是在于建立一较为完善的理论和方法。因此,与以往的工作相比,本文的工作具有如下一些特点:应用积分变换法求解了筒支曲线梁在移动荷载作用下,弯扭耦合振动的解析解。并完成了相应程序的编制。用严密的数学推导过程,导出了曲线梁车致振动时菸振速度的计算方法,该计算方法的概念清晰,物理意义明确。在荷载列模型中,将单轴、两轴和四轴荷载列模型用统一的标准荷载列模型来代替。并给出了标准荷载列作用下,简支曲线梁的动力响应。在推导过程中,均采用标准函数,没有采用自定义函数,从而避免了公式推导过程的不确定因素,使得推导过程逻辑严密,得到的结果切实可靠。从壳体韵几何方程出发,利用广义坐标法和能量法原理,推导出平面薄壁曲箱梁空间振动钓控制微分方程。推导过程中较全面地考虑了初曲率和截面形心与扭转中心不一致的影响。按本文的平面曲箱梁的空间振动理论,推导出一种曲线粱单元,并完成了平面曲箱粱振动分析的电算程序韵编制。文中根据车桥耦合振动的特性,提出一种基于激励非线性的车桥耦合振动的数值算法,减少了求解过程中的迭代次数,从而在保证计算精度的前提下,减少了计算所耗费豹时闻。该数值算法的现实基础是车桥间的运动耦合是弱耦合。另外文中给出了大量的数值试验,用以验证本文中的荷载列模型程序、曲线粱空间振动分析程序和车桥耦台振动数值算法程序的正确性。这些程序的计算结果与其他学者的研究结果吻合得比较好。文中所有的电算程序均是基于ぷ骰肪诚驴7⒌摹最后本文给出了大跨度曲线梁桥的设计研究计算结果。文中对曲线连续粱桥和连续刚构桥进行了比较,给出了曲线连续梁桥和连续刚构桥在荷载和荷载作用下的静力分析结果以及曲线连续粱桥在实际营运的高速列车作用下车桥耦台振动时程分析。根据本文的研究结果,提出在大跨度混凝土桥粱桥中蛑Я撼,桥梁按强度设计即可保证桥粱刚度的要求,但仍需对最不利情况进行列车走行性和乘坐【关键词】曲线梁积分变换振动分析车桥耦合振动数值算法第∞∞
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。就铁路桥梁来说,引起桥梁振动的因素很多,列车从桥上通过时的移动荷载,线路的竖向不平顺等,都将引起桥梁的竖向振动。列车轮对的蛇行运动,轨道的横向不平顺等因素,将引起桥梁的横向振动。车桥系统振动响应的大小还与桥粱结构形式、剐度大小、结构动力特性、结构布置形式及车辆运行速度等因素有关。列车的动力作用引起桥梁的振动可使桥梁结构构件的强度和稳定性降低,同时桥梁的振动又要影响桥上列车走行性与乘坐舒适度。列车的剧烈振动,轻则使乘客感到不舒服,货物损坏,重则使列车脱轨倾覆。反过来,车辆的振动又要加剧桥梁的振动。所以车辆桥梁耦合振动是一个复杂的过程,也是桥梁研究的重要课题之~。自从有了铁路,列车动载对桥梁的动力作用从一开始就受到人们的重视。人们曾经经历了很多失败,如年,英国就有列车通过方味鸶们诺恼鄱鲜路牛在奥地利有过由于军队齐步过桥而引起桥粱坍塌的事故等。从年发表桥梁振动测试赍料起,列车·桥梁系统的振动研究经历了一百多年的历史,取得了不少成果,但至今仍有些问题未能得到圆满解决,这主要受到计算理论、计算手段、认识水平等因素的限制。回顾车桥系统振动研究历史的目的,在于密切结合实际,引出新方法,将车桥耦合振动研究提高一步,为我国桥梁建设服务。本世纪初,美国工程师首先用试验方法对车桥系统的动力响应进行研究,其他国家如英国、前苏联、日本等国的学者也先后涉足于这一领域。然而,由于对轮轨间作用力的测试技术岗持进一步提高等原因,使得动力试验方法对车桥系统动力响应的研究,局限于仅考虑列车对桥梁结构的动力作用河题,提出了用以考虑列车动力效应的冲击系数,各国根据自己铁路运营状况归纳出冲击系数的经验公式及计算曲线,并在各国的桥规中有明确的定义。我国在前苏联的科研成果及我国科研入员的大