轨道交通简支梁桥振动特性与控制研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文轨道交通简支梁桥振动特性与控制研究学位申请人：汪振国学科专业：道路与铁道工程指导教师：雷晓燕教授副指导教师：罗锟副教授答辩日期：2018年6月4日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所

2、知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文

3、在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要轨道交通简支梁桥振动特性与控制研究摘要随着我国轨道交通的迅猛发展，列车过桥时所诱发的桥梁振动与噪声问题愈发突出。振动是噪声之源，减小桥梁结构振动能达到降低桥梁结构噪声的目的，因此，研究桥梁结构在列车荷载作用下的振动特性，找到桥梁结构振动的合理控制措施，是十分必要的。论文首先系统总结以往利用多体动力学与有限元软件建立的车桥耦合仿真模型，分析其建模方法的优缺点，在此基础上，提出一种基于多体

4、动力学（MBD）与有限元法（FEM）的车桥耦合振动仿真改进方法。其次，以高架简支箱梁与U梁桥为对象，利用车桥耦合仿真改进方法建立城市轨道交通高架简支箱梁与U梁的车—桥—墩耦合振动分析模型，对桥梁系统的振动特性进行分析，并探讨桥梁系统中连接件竖向刚度变化对其振动特性的影响。之后，以铁路32m简支箱梁桥为原型，以10:1为几何缩尺比，依据弹性力相似律设计制作简支箱梁桥的相似模型，推导原型桥与模型桥间各物理量的相似比尺，并结合试验与仿真两种方法，验证相似理论与模型制作的正确性。最后，通过对简支箱梁桥相似模型开展锤击试

5、验，研究振动在梁体上的传递特性、弹性支座的隔振效果以及阻尼板材对箱梁桥的减振性能。结果表明：（1）基于MBD与FEM的车桥耦合振动仿真改进方法能解决以往耦合振动模型不能全面分析系统振动响应的问题，并且该方法不仅适用于车辆与桥梁间的耦合，也适用于车辆与大地或其他轨道结构间的耦合。（2）列车以40km/h的速度过桥时，箱梁翼板的竖向振动最强烈，其次为腹板，且箱梁的竖向振动较之横向振动更为剧烈；列车速度增加不仅会增大箱梁的变形，也会使箱梁受到更大的冲击能量；列车低速过桥时，40Hz以下的低频模态对箱梁局部振动贡献较大

6、；高速过桥时，基频模态对箱梁局部振动贡献最大，且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态，致使箱梁局部振动加强。（3）列车以80km/h的速度过桥时，U梁跨中底板处竖向振动最强烈，支座截面翼缘处横向振动最为强烈，且U梁横向振动不容忽视；列车过桥速度是影响U梁动态振动响应的重要因素，车辆速度增加会使列车荷载对U型梁的冲击能量加大；列车低速过桥时，U梁底板处竖向加速度响应频率集中在40Hz以下，但40Hz以下的低频模态对U梁局部振动贡献不大；列车高速过桥时，基频模态对U梁局部振动贡献最大，且车速增加容易激发箱梁更高阶的模态

7、，致使箱梁局部振动加强。（4）针对简支箱梁与U型梁桥，增大扣件刚度能明显减小钢轨变形，但过大的刚I摘要度会使梁体与轨道结构的振动加剧，建议扣件竖向刚度取值为20~50MN/m；增大板下弹性支承刚度可明显减小轨道板的振动，但过大的刚度会加强钢轨振动，建议板下弹性支承竖向刚度取值为（1.0~1.5）×103MN/m；增大支座竖向刚度在一定范围内可减小轨道板与梁体的振动，但过大的支座刚度反而会使桥梁振动加剧，不利于减振，建议支座竖向刚度取值为（3~4）×103MN/m。（5）振动由箱梁顶板传递至翼板的过程中衰减最慢，

8、其次是腹板，振动由顶板传递至底板的过程中衰减最快；腹板与底板处的振动在0~200Hz频率范围内的中高频段衰减快；在0~45Hz的频段内，顶板处振动沿纵向衰减极缓；在45~200Hz的频段内，顶板振动在跨中至1/4截面的距离范围内衰减快，在1/4至支座截面的距离范围内衰减慢；箱梁模态会使箱梁局部振动得到加强。（6）在20~200Hz的中高频段范围内，支座刚度变化会对箱梁跨中的结构振动产生