车辆—无碴轨道—桥梁系统竖向耦合振动特性研究

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1、上海交通大学博士学位论文车辆—无碴轨道—桥梁系统竖向耦合振动特性的研究姓名：杨广军申请学位级别：博士专业：固体力学指导教师：黄醒春20070201上海交通大学博士学位论文车辆一无碴轨道一桥梁系统竖向耦合振动特性的研究摘要进入2l世纪以来。城市轨道交通、高速铁路和快速客运专线等有轨交通在我国迎来了历史性的发展机遇，将形成覆盖我国主要城市的城市公共交通、快速客运和高速铁路等网络。少维修、高稳定性的无碴轨道的开发与应用，是有轨交通轨道结构发展的必然趋势。但无碴轨道存在结构刚性大，同时反射部分噪声等缺点，．因此减振降噪是无碴轨道结构

2、设计必须解决的问题。由于无碴轨道结构的复杂性。目前国内外采用的车桥系统动力分析模璎。大多没有详细考虑桥上轨道结构的建模以及车辆、无踏轨道和桥梁之间的动力耦合作用。无踏轨道结构减振理论研究的滞后，显然无法满足我国有轨交通快速发展的技术需求。本文着重探讨了无踺轨道结构耐整个动力耦合系统(-T-辆、钢轨、无踏轨道和桥梁等系统)的影响规律及其I：程应用。本文的研究【：作主要包括以F六个方面：(1)建立了较为完善的无碴轨道、桥桀和车辆耦合振动的模型；对于广泛庹用于有轨交通的三种无碴轨道结构．即板式轨道、弹性支承块式轨道和浮置板式轨道。

3、本文系统地分析了它们的结构特点，将其视为二级隔振系统，并根据轨道板长度尺寸的大小，建立了轨道板结构基于弹性支承上的自由一自由边界的粱和刚体两种模型，并且考虑了车辆、钢轨、无踏轨道、桥梁运动方程的动力耦合作用，分别进行了系统的比较、分析和求解，同时讨论了两种模型的适用范围：给出了弹性支承的多跨连续Euler粱的理论模型以及本征值问题的求解方法，得到了连续支承Euler粱的本征值问题理论解，从理论上证明了将钢轨看作有限长简支粱的可靠性。(2)轨道板结构特性的减振分析：分析了轨道扳的结构特性，即质量、抗弯刚度，高度和纵向布置等方面

4、对车辆、无殖轨道和桥粱藕合振动影响的规律，本文的分析表明轨道扳的质管增加与车桥振动的改善无必然联系，而系统的振动与轨道板的抗弯刚度和轨道扳的纵向布置有关．并定量分析了它们之间的关系；建议赢架桥上的轨道板结构(包括浮置板)采用空心援，以减轻桥梁的恒载和增加轨道板的抗弯月Ⅱ度。(3)轨道板卜

5、支承材料性能的减振分析：系统地分析了连续整体型轨道板和预制式轨道板F支承材料的刚度系数、阻尼系数和支承间距的变化等因素对钢轨、箱梁和车厢振动的影I上海交通大擘癣士学位论文响规律．为了取得较为理想的减振效果．对支承材料的刚度系数和阻尼系数值给

6、出了合理的取值范#胃}耐轨道板卜．支承的材料特性的选择给出了建议。(4)钢轨卜．橡胶垫材科性能的减振分析：系统地分析了连续础轨道板和顶制式轨道扳卜或轨F橡胶垫的刚度系数、阻尼系数的变化对钢轨．桥梁和乍厢振动的影响规律．为了取得较为理想的减振效聚，对轨卜-胶垫的剐度系数和阻尼系数值给出了合理的敬值范用，对孰F胶垫的刚度系数，阻尼系数等材料性能的选择给出了建议。(5)秦沈客运专线板式无碴轨道的减振结构优化设计：对秦沈客延专线沙河人桥桥上通过高逮列车时不能满足车辆运行平稳性标准的情况，通过车桥藕合振动的分折。从轨道板的结构(采用空

7、心扳、增加截面抗弯刚度、修上E纵向尺寸)、轨道板卜_的橡胶垫布置以及轨r胶垫的材料性能等方面通过车桥耦合振动分析等方面，提出了满足乍辆远行平稳性标准和桥梁动力性能评定标准的若干改进的建谈。(6)车桥耦合振动中轮轨作_【}{力迭代求解方法和下辆模型的改进及校核：通过车桥耦合振动结果的分析。以及ANSYS软件的计算所进行的校核。对文献1145峪出的车辆振动模璎和轮轨接触力迭代求解方法给予了改进，结果的分析和比较表明了本文给出的馥进方法的合理性。关键诃：有轨交通．无碴轨道，高架桥，耦合振动．竖向振动玎上海交通大学博士学位论文AST

8、UDYoNTHEDYNAMICINTERACTIoNSYSTEMoFVEHICLE—-BALLASTLESSTRACK—BRIDGESYSTEMANDrI’SVERnCALCoUPLEDVIBRArIoNPRoPERTIESABSTRACTSinceenteringthe21stcentury,thedevelopmentoftracktransportationhasbeenfacingahistoricopportunity．Anetworkcomposedofurbanrailtransits，hi曲speedrail

9、waysandexpresspassengerlineswillbeconstructedtoconnectthemetropolisesofChina．Theapplicationofballastlesstracksisaninevitabletrendforthetracktrans