跨座式單軌交通曲線梁橋車耦合振動分析.pdf

1、跨座式單軌交通是一種新型的城市軌道交通型式，具有爬坡能力強、適應(yīng)城市復(fù)雜地形的優(yōu)點，特別適用于地面起伏較大的山區(qū)城市。該交通系統(tǒng)以高架線路和曲線線形為主，其軌道梁既是承重結(jié)構(gòu)，又是車輛運行的軌道；車輛采用橡膠輪轉(zhuǎn)向架，其運行、導(dǎo)向機理和輪軌接觸關(guān)系均不同于傳統(tǒng)的鋼輪一鋼軌制式軌道交通系統(tǒng)，因而其車橋動力相互作用具有獨特之處。目前，國內(nèi)外對跨座式單軌交通動力性能的研究僅局限于分析直線梁橋的車橋動力作用，車橋耦合振動理論還不完善，影響了這項

2、新技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用。本文以重慶市跨座式單軌交通較新線I期工程為依托，推導(dǎo)并建立了跨座式單軌交通曲線梁橋的車橋耦合振動方程，引入了軌道不平順及地震激勵的影響，開發(fā)了相應(yīng)的車橋耦合分析程序，并進行了試驗檢測驗證；進一步討論了橋梁跨度、行車速度、軌道不平順、曲線半徑、地震激勵等對跨座式單軌交通曲線梁橋車橋耦合振動性能的影響。主要研究工作和成果如下：
　　(1)曲線梁橋動力分析模型的建立
　　基于單純扭轉(zhuǎn)理論，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法

3、精確推導(dǎo)了曲梁單元的剛度矩陣，研究了曲梁單元節(jié)間集中荷載及節(jié)間均布荷載作用下的等效節(jié)點荷載矩陣。推導(dǎo)并建立了曲梁單元的一致質(zhì)量矩陣。按照“對號入座”法則形成了曲線橋梁的整體剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和節(jié)點荷載矩陣?；谌鹄壤枘岬男问浇⒘饲旱淖枘峋仃?。
　　(2)跨座式單軌交通車輛動力分析模型的建立
　　根據(jù)跨座式單軌交通車輛結(jié)構(gòu)及走行部特點，建立了15個自由度的車輛空間振動分析模型?；诔錃庀鹉z輪胎點接觸模型，對輪胎進行了簡

4、化，并推導(dǎo)了跨座式單軌車輛各輪對的徑向力、阻尼力、側(cè)偏力和回正力矩以及走行輪的搖頭力矩。基于達朗貝爾原理，并考慮曲線半徑和超高的影響建立了跨座式單軌交通曲線梁橋的車橋耦合動力方程。曲線梁橋車橋耦合振動模型中曲線半徑趨于無窮大時吻合于直線梁橋的車橋耦合振動分析模型。
　　(3)軌道不平順模擬及車橋耦合振動方程求解算法的編制
　　借鑒美國六級軌道譜密度函數(shù)、公路不平度功率譜及日本文獻實測鋼軌道梁表面不平順功率譜密度函數(shù)，對跨座式

5、單軌交通PC軌道梁軌道不平順進行了研究，基于三角級數(shù)法模擬生成了軌道不平順時間序列。車橋耦合振動方程求解采用逐步積分的Newmark-β迭代法，每一時間步采用了“預(yù)測-校正”的方法。
　　(4)跨座式單軌交通曲線梁橋車橋耦合振動分析程序編制和試驗驗證
　　基于推導(dǎo)的車橋耦合振動理論方程和設(shè)計的車橋耦合振動分析求解思路，編制了車橋耦合振動分析程序。通過重慶市跨座式單軌交通較新線Ⅰ期工程直線段、曲線段試驗檢測結(jié)果的驗證，證實了車

6、橋耦合理論分析的正確性和程序的有效性。
　　(5)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及車輛運行參數(shù)對車橋振動響應(yīng)的影響
　　基于驗證的車橋耦合分析程序，分析了橋梁跨度、曲線半徑、行車速度、軌道不平順等對車橋耦合振動性能的影響。研究表明：①橋梁跨度、行車速度對車橋動力性能的影響比較復(fù)雜，呈現(xiàn)出復(fù)雜的影響形態(tài)；②當曲線半徑大于600m時，可以近似忽略曲線半徑的影響；③軌道不平順對車橋耦合動力性能影響顯著，軌道不平順模擬準確性直接關(guān)系著車橋耦合分析

7、結(jié)果的準確性。
　　(6)地震作用下的車橋耦合振動分析理論與參數(shù)敏感性分析
　　研究了地震作用下車橋耦合振動分析合理的地震波輸入方式，推導(dǎo)了地震作用下的車橋耦合振動方程，編制了地震作用下的車橋耦合振動分析程序，分析了車輛行駛速度、初始條件、曲線半徑等對地震激勵下車橋振動響應(yīng)的影響。研究表明：①地震激勵影響軌道梁和車輛的耦合振動；②地震激勵可以按照地震加速度波的形式輸入；③地震荷載作用下，單軌車輛在橋上相當于增加了阻尼器，橋梁