桥梁耦合系统动力特性的影响

  本文关键词：桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

中国铁道科学第３３卷

辆、轨道、桥梁３个子系统通过轮轨动态相互作用关系和桥轨相互作用关系耦合而成的一个大系统［６］。其中，车辆的动力学模型根据高速铁路中常用的四轴机车车辆建立，包含３５个自由度［７＿８｜，轨道的动力学模型见文献［９］。桥梁结构采用有限元建模，依据不同形式的桥梁结构，采用不同的单元

类型。在高速列车一轨道一桥梁耦合动力学模型中，采用轮轨空间动态耦合模型求解轮轨接触几何关系和计算轮轨力［７］。对于桥轨相互作用关系，桥

｜：二不同的轨道结构形式决定了桥轨相互作用力的表达式各不相同。本文的桥上轨道结构形式为双块式无砟轨道，桥轨作用力的表达式见文献［１０］。

图１为简支箱梁上采用双块式无砟轨道时高速列

车～轨道～桥梁系统的动力学模型。图中Ｋ。。和Ｋ。分别为一系悬挂横向和垂向刚度（每轴箱）；Ｃｐ，和Ｃ，分别为一系悬挂横向和垂向阻尼（每轴箱）；Ｋ，，和Ｋ。分别为二系悬挂横向和垂向刚度（转向架－－０１１Ｉ）；Ｃ，。和Ｃ，：分别为二系悬挂横向和垂向阻尼（转向架一侧）；Ｋ。。为横向止挡刚度；Ｋ。为抗侧滚刚度；Ｋ出和Ｋ。，，分别为扣件的横向和垂向刚度；Ｃｐｈ和Ｃ。分别为扣件的横向和垂向阻尼；ｄ。。和ｄ。分别为中央弹簧横向和二系垂向减振器横向距离之半；Ｈ。－，Ｈｓ。和Ｈ。。分别为车体质心与摇枕质心、摇枕质心与构架质心、构架质心与轮对质心的距离；岛为二系横向止挡间隙；Ｈｂ为桥梁形

心０到扣件支承点的距离；Ｙ。，Ｚ，－，囊，识和＆分别为车体的横向、垂向、侧滚、摇头和点头位移；ｙｔ，Ｚ．，西，蛾和＆分别为构架的横向、垂

向、侧滚、摇头和点头位移；Ｙｗ，Ｚｗ，瓯，吼

和风分别为轮对的横向、垂向、侧滚、摇头和点

图１

高速列车一轨道桥梁耦合动力学模型

头位移；Ｘｂ，Ｙｂ，五和氨分别为桥梁形心Ｏ处的纵向、横向、垂向和转角位移。

多跨简支梁连续布置是高速铁路桥梁中常采用

的方式，本文以该种形式的桥梁结构为例进行分

析。简支梁采用梁单元，按１０跨连续布置进行建

模，以期消除桥头边界效应。对于墩台基础，采用地基弹簧单元模拟［１１Ｉ。当不考虑墩台基础横向剐度时，在模型中约束墩台基础的横向平动自由度。

１．２列车一轨道一桥梁动力学仿真通用软件７ｎＢ—

ＳＩＭ２．０

基于列车一轨道一桥梁动力相互作用理论，在早期大量车桥耦合振动研究的基础上，西南交通大

学、北京交通大学、中国铁道科学研究院和中南大

学联合开发了列车轨道桥梁动力学仿真通用软件ＴＴＢＳＩＭ（现已升级到２．０版本）［３一卜¨］。该软件可以针对不同类型高速列车运行于不同形式桥梁

进行仿真ｉｆ｜算，得到车辆、轨道和桥梁的动力学响

应，具备分析研究高速（快速）列车过桥安全性、

平稳性、轮轨动力作用特性及桥梁动力特性的各项

基本功能。

以各种轨道不平顺作为耦合振动系统的激振

源，采用该程序对秦沈客运专线、京津城际高速铁

路和武，、‘高速铁路进行的仿真分析结果与试验结果

的对比，验证了该程序的可靠性［１６’１７Ｉ。软件的详

细功能、结构和计算流程详见文献［１１］。

本文采用该软件计算高速列车轨道桥梁耦合系统的动力学特性。

２分析计算参数

为使计算结果具有一定的代表性，车辆模型参

数按某国产高速动车组取值，按８辆车编组，行车速度范围取为２００～４００ｋｍ ｈ，计算速度间隔为５０ｋｍ ｈ～。轨道结构采用高速铁路双块式无砟轨道（６０ｋｇ－ｍ啊１钢轨及配套扣件），以我国某高速铁路的轨道不平顺作为桥上线路激励，不平顺的波长范围为２～１５０ｍ。桥梁选取我国高速铁路常用的简支箱梁桥，跨度取最常用的３２Ｉ＇Ｄ，按均一截面建模，桥墩采用圆形截面，直径４ｍ，主要结构参数见表１（表中的参数也是桥梁结构的原始设计参数）。二期恒载取为１６０ｋＮ ｍ＿。。由此得到的刚度对应于原始刚度，需要指出的是，原始刚度均满足桥梁设计冈４度要求。墩台基础横向平动刚

度取为６００ＭＮ １２１，其他方向的平动刚度和所

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