城市轨道交通桥梁车—桥耦合振动实用方法研究

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建设交通强国是党的十九大作出的重大战略决策,城市轨道交通作为人民日常幸福生活的重要支撑点,早已成为我国政府基础设施规划投资中的重中之重。随着越来越多的城市轨道交通桥梁的建设,车-桥耦合振动对桥梁结构和车辆运行的消极影响也逐渐凸显并引起众多工程技术研究人员的重视。本文正是在这样的背景下,研究城市轨道交通桥梁车-桥耦合振动实用方法,将车-桥耦合振动分析普适化,并借此分析了船撞对城市轨道交通桥梁车-桥耦合振动的影响。主要研究工作如下:(1)阐述了一种基于有限元接触理论的车-桥耦合振动实用分析方法,明确车-桥耦合问题实质上是车与桥接触问题。通过在接触面构造w(g、λ)=0约束方程,采用拉格朗日乘子法增加参数省去迭代,在隐式逐步积分法中得到应用,实现车-桥耦合振动问题的计算;(2)研究用于车-桥耦合振动计算的合理车辆模型与激励源,以计算一节As型城市轨道车辆通过单跨42m简支钢箱梁桥的车-桥耦合振动为例,对比不同车辆模型以及激励源参数在计算主梁跨中挠度、主梁应力、轮轨相互作用力等方面的异同;(3)提出城市轨道交通桥梁车-桥耦合振动结构应力实用计算方法,其中桥梁采用整桥多尺度有限元模型,用以计算结构局部关心位置的细节应力时程。车辆轴重、轨道不平顺和车辆蛇形运动对桥梁造成的振动激励,通过移动集中力到时变节点荷载转化公式和编程手段生成命令流文件,导入到桥梁有限元模型上实现加载,最后利用现有商业有限元软件求解器计算车辆通过桥梁的结构应力时程;(4)以千厮门大桥为工程背景建立船舶和桥墩撞击有限元模型,计算不同工况下的船舶撞击力时程。将典型船舶撞击力时程作为车-桥耦合振动有限元模型中下塔柱撞击位置的节点时程荷载进行加载,考虑轨道不平顺、车辆蛇形运动等计算车桥系统动力响应,分析船撞对城市轨道交通桥梁车-桥耦合振动影响。
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