浅析移动荷载作用下铁路桥梁振动分析.pdf

第27卷第2期 湘潭师范学院学报(自然科学版) VoI．27NO．2 Journalof Normal ScienceEdition) Jun．2005 2005年6月 Xiangtan Universbr(Natural 移动荷载作用下铁路桥梁振动分析 娄平1，严伯雩2，秦和见3，曾庆元1 (1．中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075；2．岳阳市政建设总公司，湖南岳阳414000； 3．湖南省煤炭科学研究所，湖南长沙410000) 摘要：提出了移动力作用下的轨道一桥梁单元，该单元由模拟钢轨的上层梁单元、模拟桥梁的下层梁单元，上层、下 层梁单元之间的连续弹簧和阻尼器，以及多个作用在上层梁单元的集中力组成。基于弹性系统动力学总势能不变值原理 和形成矩阵的j‘对号入座”法则，建立了多个移动集中力作用下的轨道一桥梁单元和系统的振动方程。用逐步积分法求解 系统的振动方程，得到轨道和桥梁的动力响应。举例说明了模型分析轨道和桥梁动力响应的可靠性。 关键词：振动方程；有限元；振动分析；铁路桥梁；铁路轨道 中图分类号：TBll5；0241．82文献标识码：A 文章编号：1671一0231(2005)ol一0001—04 移动荷载下铁路桥梁动力响应分析一直是土木工程领域关心的课题。文献[1]首先分别建立了2自 由度车辆的振动方程，轨道的振动方程和桥梁的振动方程，然后利用车轮与钢轨间的约束条件，消去车轮 的自由度，建立了车辆一轨道一桥梁系统的振动方程，对2自由度车辆模型组成的列车作用下轨道一桥梁 系统动力响应进行了分析。文献[2]提出了考虑车辆点头影响的车辆一轨道一桥梁单元，分析了4自由度 车辆模型作用下轨道一桥梁系统的动力响应。文献[3]运用弹性系统动力学总势能不变值原理【4,5J和形 成矩阵的“对号入座”法则H6j，建立了lO自由度车辆模型的车辆一轨道一桥梁单元和系统的振动方程，研 究了10自由度车辆模型作用下轨道一桥梁系统的动力响应。作者将4轴车辆模拟为4个集中力模型，运 用弹性系统动力学总势能不变值原理H’5j和形成矩阵的“对号入座”法则【5,6J，建立多个移动集中力作用下 的轨道一桥梁单元和系统的振动方程。该模型与文献[3]模型计算的轨道和桥梁动力响应进行了比较，具 有一定的可靠性。 1 移动力作用下的轨道一桥梁单元振动方程 1．1移动力作用下的轨道一桥梁单元模型 图1描绘了多个移动集中力作用下的轨道一桥梁单元模型。在模型中，移动集中力的总数为t／,，个， 移动集中力的大小为7：(s=l，2，…，n，)，移动集中力的运行速度为常数，其值为秽。将左右2根钢轨一起 考虑，模拟为上层梁，桥梁模拟为下层梁，而上层、下层梁之间通过模拟为连续弹簧和阻尼器连接，上层梁 单位长度质量为m，，粘滞阻尼系数为c，，抗弯刚度为E^，下层梁单位长度质量为m6，粘滞阻尼系数为 co，抗弯刚度为E6厶，上层梁与下层梁之间的弹簧系数为‰、粘滞阻尼系数为c小。假定上层梁、下层梁在 车辆作用下都只产生弯曲变形、无轴向变形，向下的竖向位移为正，且竖向位移均从各自的静力平衡位置 开始测量。移动力作用下的轨道一桥梁单元由模拟钢轨的1个上层梁单元、模拟桥梁的1个下层梁单元， 上层、下层梁单元之间的连续弹簧和阻尼器，以及n，个作用在上层梁单元集中力组成。 1．2移动力作用下的轨道一桥梁单元的总势能 根据弹性系统动力学总势能不变值原理Ht5J，对动力系统运用弹性系统动力学总势能不变值原理，得 到系统的运动方程；对单元运用弹性系统动力学总势能不变值原理，则得到单元的振动方程。作者先由 n，个移动集中力作用下的轨道一桥梁单元总势能变分并运用“对号入座”法则，导出w个移动集中力作用 收稿日期：2005—01—17 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2001C,029，2003C043) 作者简介：娄平(1968一)，男，湖南浏阳人，博士生，讲师，研究方向：列车轨道(桥梁)振动、结构可靠度。 万方数据 一 一j 一 言cs —I