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城市快速轨道交通以其具有运量大、快速、准点、低能耗、少污染、乘坐舒适等综合优势,在世界各国得到了迅速发展。随着我国城市化水平的日益提高,土木和交通等各项事业的不断发展,目前我国也已经进入了轨道交通大规模的建设时代。
列车通过桥梁时会引起桥梁结构的振动,而桥梁结构的振动反过来也会影响车辆的振动,即形成了车桥耦合振动的问题。随着桥梁结构日趋轻型化,列车运行速度不断提高,使得列车和桥梁间的动力作用加剧,车桥动力响应加强,行车的安全性和舒适性、车线桥结构的运行安全性问题也越发突出,而这在我国尚缺乏足够的理论研究和工程实践,因此快速运行的列车作用下,车桥的动态相互作用问题成为我国轨道交通实现跨越式发展亟待开展的基础性课题之一。
本文首先从计算模型、求解方法等方面对车桥耦合振动问题的研究历史及现状进行了综述,并指出该研究领域近期的主要发展方向:
针对广州地铁6号线高架连续刚构结构体系,通过动力学有限元分析程序MSC.Dytran建立车桥耦合动力分析模型,考察了3x36m典型连续刚构,在车桥耦合作用下结构空间动力响应的一般规律;在车桥耦合振动竖向动力响应的研究中,通过大量的参数分析,在一定范围内总结了动力系数随着结构参数及车速的变化规律,同时对连续刚构结构参数变化及车速对车体竖向加速度的影响进行了分析比较;在车桥耦合振动横向动力响应的分析中,考察了连续刚构墩体横向线刚度对墩顶和各跨跨中横向动位移幅值的影响;在结构参数一定的情况下,考察了车速及荷载形式对结构横向动位移幅值的影响,同时分析比较了桥梁结构参数及列车运行速度对车体横向加速度的影响。
本文分析结果表明,对于广州地铁6号线采用的三跨连续刚构体系而言,结构边跨跨中动力系数较其他位置的动力系数大,并且随着边墩、主梁线刚度的增大,动力系数呈增大的变化趋势;车速是影响结构竖向振动动力系数变化的主要因素之一,当列车轮对的加载频率与结构的1 阶竖向自振频率接近时,动力系数明显增大,而车速对结构横向动位移幅值的影响不明显;对于车桥耦合作用下的车体的动力响应来说,车体竖向加速度随着主梁线刚度增大而减小,而随着车速的提高而增大,总体上看车体横向加速度随着墩体线刚度的增大而减小,而随着车速的提高横向加速度是增火的,但是与车体的竖向动力响应相比,变化均不是很明显。