货车作用下桥梁横向共振机理研究

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中等跨度铁路桥梁在提速货车作用下,普遍出现横向刚度不足、横向振动较大的现象,并对桥梁本身造成危害。研究货车作用下桥梁横向共振机理,分析桥梁横向共振的影响因素,研究防止桥梁横向共振发生的措施,对保证铁路运输安全具有重要的意义。 本文以40 m上承式钢板梁桥(郑州黄河大桥)为背景,运用通用有限元软件ANSYS对其进行分析,主要开展了如下工作: 首先,根据车桥耦合的相关理论,建立了车辆的计算模型及运动方程。利用 ANSYS软件建立了桥梁模型。通过力和位移的协调关系将车辆与桥梁两个子系统进行耦合,得到车桥系统的计算模型和运动方程。同时,以轮对的蛇行波作为激励源,编写了车桥空间振动的计算机仿真程序。 其次,研究了货车作用下车桥横向共振机理。结果表明:在同一速度下,桥梁发生的横向最大位移与轮对的蛇形激振频率(即行车速度与蛇行波长的比值)有关,当轮对的蛇形激振频率与桥梁横向有载自振频率接近时,车桥振动接近完全共振,桥梁横向位移达到最大。即当轮对蛇行波长为8.0~9.0 m之间,列车行车速度为58~85 km/h时,蛇行运动频率为2.10 Hz左右,与桥梁的横向有载频率接近,桥梁横向出现较大的振幅,波形接近完全共振状态。这与实测结果接近。当输入的轮对蛇行波波长为8.7 m左右,速度在70 km/h左右时,计算出的时程曲线的波形和振幅大小与现场测试的结果最接近。 再次,对轮对蛇行波采用三种方法取值,即轮对蛇行波波长均相同、轮对蛇行波波长均不同、轮对蛇行波波长随机选取。结果表明:无论轮对蛇行波波长按哪种方式取值,当列车速度为58~85 km/h时桥梁横向振幅均较大。当轮对蛇行波波长均相同时各速度对应的桥梁横向最大位移值最大。
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