直线电机轮轨交通是近年来引入到我国的一种新型轨道交通形式,其车辆系统动力的主要特点是采用电磁力驱动。沿海地区由于特殊的季风气候,使得该区域内直线电机轮轨交通的运营受风的影响不容忽视。目前所开展的直线电机列车—桥梁系统动力研究较少,尤其在考虑横风同时作用的风—直线电机列车—桥梁系统动力领域更是鲜有涉及。为掌握其动力特性、保障线路运营平顺及安全,开展横风作用下的车桥振动机理及列车行车安全性研究非常必要。本文将列车与桥梁分成两个独立的子系统,通过确定风—桥、风—车和车—桥耦合关系,建立起一个能综合考虑风力、直线电机电磁力、轨道不平顺和轮对蛇行波等激励联合作用的风—直线电机列车—桥梁空间耦合振动模型,并依此编制了计算机程序,主要完成以下工作:(1)将一种基于标准正交基随机过程展开法应用到轨道不平顺的时域模拟中,推导了模拟公式并编制了相应的计算机程序;对基于本征正交分解法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)的脉动风场模拟方法进行完善,通过引入双索引频率和FFT加速算法,成功实现大跨度桥梁基于互谱密度矩阵POD型谱表示法的各态历经脉动风场的快速模拟。数值算例结果表明,建议的方法提高了计算效率。(2)基于D’Alembert原理推导了直线电机不同悬挂方式下具有31个自由度的直线电机列车运动平衡方程。考虑风对桥梁及列车的动力作用,车辆—桥梁之间采用能够考虑轨道不平顺动态效应的轮轨动态耦合关系,建立了风—直线电机列车—桥梁系统空间耦合振动模型。基于分组迭代的求解思路以列车与桥梁之间的位移关系为约束条件,利用逐步积分法中的Newmark-β法实现系统方程组的求解,编制了风—直线电机列车—桥梁耦合振动系统分析程序WVB(Wind-Vehicle-Bridge Coupled Vibration Analysis Program)并进行了算例验证。(3)以广州地铁四号线一座三跨30m简支箱梁高架桥为背景,建立了风—直线电机列车—多跨简支梁桥—桥墩系统振动模型,考虑从轨道不平顺、风速、车速、电磁力模式和磁极气隙等因素进行系统振动响应计算。分析结果表明:轨道不平顺动态效应加大了车、桥振动响应,尤其是在桥梁加速度响应和列车安全系数结果方面增大较显著;风速是系统运营安全的决定性因素,横风对刚度大、自振频率高的简支梁桥动力作用较弱,系统运营安全由列车控制;车速的变化改变了列车对桥梁的激振力频率,当该频率与桥梁固有频率相近时易引发桥梁共振现象;磁极气隙改变对车、桥振动影响较小,采用电磁吸引模式增大了轮对竖向压力从而降低轮重减载率和脱轨系数有利于列车行车安全。(4)以广珠轻轨主跨185m的容桂水道特大桥为背景,建立了风—直线电机列车—大跨连续刚构桥系统振动模型,考虑从轨道不平顺、风速、车速、电磁力模式和磁极气隙等影响因素进行系统振动响应计算。分析结果表明:轨道不平顺动态效应随车速提高对系统振动响应的影响增强;风速是系统横向振动响应的主要影响因素,横风对连续刚构桥动力作用较弱,风速提高主要增大了桥梁静风位移,系统运营安全由列车控制;车速提高增大了系统振动响应,当脉动风场风速一定时,列车需限速通行。(5)以广州地铁六号线主跨150m的白沙河大桥为背景,建立了风—直线电机列车—大跨组合拱桥系统振动模型,分别考虑从风速、车速、列车荷载等因素进行系统振动响应的计算分析,推导了直线电机列车风速阈值的简化分析公式,并最终采用精细时程分析完成了白沙河大桥风速阈值计算。分析结果表明:白沙河大桥对风荷载较为敏感,当风速大于20m/s后风速提高显著增大了车、桥横向振动响应;车速变化对系统振动响应影响随风速的不同差别较大;列车空载运行下脱轨系数和轮重减载率偏大,在大风中易发生危险应予以避免;风速阈值的精细时程分析能够综合考虑多种因素影响,得到的结果较为准确。