轨道不平顺波长对桥上CRTS II型板式轨道振动特性的影响.pdf

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1、第31卷第1期华东交通大学学报Vo1．31No．12014年2月JournalofEastChmaJiaotongUniversityFeb．，2014文章编号：1005．0523(2014)01．0001．06轨道不平顺波长对桥上CRTSII型板式轨道振动特性的影响房建，雷晓燕，练松良(1．同济大学交通运输工程学院，上海201804；2．华东交通大学铁路环境噪声与振动工程中心，江西南昌330013)摘要：轨道不平顺的波长、幅值不同，对车辆一轨道动力响应所起的激扰作用也不同。高速客运专线行车速度高，在严格实行轨道不平顺幅值管理与均值管理

2、基础上，必须考虑轨道不平顺波长对车一轨一桥动力性能的影响，其中轨道不平顺幅值控制较为容易，但波长控制相对更为复杂。基于此，本文利用车辆一轨道一桥梁耦合振动有限元分析模型，以德国高速低干扰轨道不平顺样本作为轨道不平顺激励模型，分析轨道不平顺波长对我国高速客运专线高架轨道结构振动的影响规律。研究结果表明：轨道不平顺对轮轨力的影响不仅体现在幅值上，轨道不平顺的波长分布特性也是影响轮轨相互作用的主要因素之一轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度、桥梁振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著；减少轨道不平。顺中1m左右的短波长成分是降低轮轨

3、力、控制轨道结构振动响应的有效手段；钢轨振动加速度级、轨道板振动加速度级、桥梁振动加速度级受轨道不平顺短波长成分影响也较大。关键词：轨道不平顺；轨道不平顺波长；车辆一轨道一桥梁耦合振动有限元模型；动力响应中图分类号：U260．11；U270．11；U213．2文献标志码：A随着我国综合国力的提升以及科技水平的进步，我国高速客运专线进人了高速建设期。高架结构作为高速客运专线的主要形式，引发的振动、噪声问题越来越明显，其根源之一在于轨道不平顺。试验表明，轨道不平顺的波长、幅值不同，对车辆一轨道动力响应所起的激扰作用也不同⋯。高速客运专线行车

4、速度高，轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力将随着列车速度的提高成倍增大。对高速客运专线而言，在严格实行轨道不平顺幅值管理与均值管理的基础上，还必须考虑轨道不平顺波长对车一轨一桥动力性能的影响，其中轨道不平顺幅值控制较容易，但波长控制相对更为复杂。高速铁路的波长管理成为高速铁路运营亟待解决的问题。针对线路不平顺波长管理以及轨道不平顺的最不利波长范围，很多学者做了研究工作。徐庆元_2]、左玉云【引采用车辆一轨道竖向耦合振动模型，分析了车辆随机振动与轨道不平顺之间的关系。王开云]、陈果Cs]主要分析了车辆横向振动响应与轨道不平顺之间的关

5、系。房建、雷晓燕、练松良等采用现场实测轨道不平顺数据，分析了车体振动加速度所对应的最不利波长。上述研究成果多集中在线路上的列车运行时最不利波长分析，而对高速线路高架轨道振动特性研究较少。基于上述分析，本论文建立了列车一轨道一桥梁耦合振动有限元模型，选用德国低干扰谱作为激励模型，分析高速线路不平顺激励下高架轨道结构的振动特性，着重研究轨道不平顺波长对轮轨力与轨道结构振动响应的影响规律。1车辆一轨道一桥梁耦合振动分析模型要想详细分析轨道不平顺对高速列车高架轨道结构振动特性的影响，首先必须建立一个比较正确、完收稿日期：2013．11．08基金

6、项目：国家自然科学基金项目(Ul134107)；国家自然科学基金项目(50878158)；江西省科技厅项目(GJJ13318)；江西省自然科学基金(20122BAB206005，20132BAB206001)作者简介：房建(1978一)，女，博士研究生，研究方向为轨道结构动力学．2华东交通大学学报善的车辆一轨道一桥梁相互作用模型，当前主要采用振型叠加法或有限元法对该问题进行求解。振型叠加法只适用于线性问题，而且对复杂桥梁结构而言，由于多阶振型参与贡献，其计算自由度会大量增加，无法体现其优点。有限元法不仅对列车驶经桥梁进行全过程的分析，还

7、可用于非线性问题，因此在分析车一桥耦合问题时被普遍采用，成为当前研究车辆一轨道一桥梁耦合振动的主流方法]。本文利用文献建立的车辆一轨道一桥梁耦合振动的有限元模型研究轨道不平顺波长的影响规律。在该模型中，将列车、多跨连续梁桥上CRTSII型板式轨道以及桥梁视为一个整体系统。一节车辆可被离散为一个车辆单元，车辆单元每个车轮下附有一系钢轨，该钢轨用于车辆与轨道之间的耦合，不计其质量和刚度。轨道单元是根据高速客运专线桥上CRTS11型板式轨道结构轨道板、底座板跨梁缝连续铺设的特点，考虑钢轨、轨道板，混凝土支承层和桥面板以及相互作用关系的四层梁模

8、型。将高速客运专线桥上CRTSII型板式轨道视为一个整体系统，利用轮轨之间相互关系进行耦合，由此建立列车一轨道一桥梁系统耦合振动的有限元方程，借助Matlab软件编制相应程序可计算分析列车一轨道一桥梁系统的