提速列車荷載作用下車橋耦合振動(dòng)與橋梁振動(dòng)控制研究.pdf

1、九七年我國(guó)鐵路提速以后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：客車過(guò)橋時(shí)，當(dāng)速度為160km/h左右時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)編組列車，由于后續(xù)車輛的連續(xù)作用，32m下承鋼板梁出現(xiàn)豎向共振現(xiàn)象；貨車過(guò)橋時(shí)(尤其是空貨車過(guò)橋時(shí))，橋梁橫向振動(dòng)出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，最大橫向振動(dòng)幅值大大超過(guò)我國(guó)現(xiàn)行《橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的參考限值，嚴(yán)重制約了貨物列車速度的提高。而這些共振或“共振”現(xiàn)象為過(guò)去的車橋耦合振動(dòng)理論所不能解釋。
　　為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)列車提速后車橋耦合振動(dòng)的規(guī)律，抑制橋梁結(jié)

2、構(gòu)振動(dòng)，保證列車在橋上的行車安全，確保列車提速順利實(shí)現(xiàn)，本文針對(duì)我國(guó)鐵路提速后，列車過(guò)橋時(shí)出現(xiàn)的豎向共振現(xiàn)象和橋梁跨中橫向振幅嚴(yán)重超限問(wèn)題，在系統(tǒng)總結(jié)和綜合評(píng)述了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于車橋耦合振動(dòng)研究與橋梁振動(dòng)控制技術(shù)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試驗(yàn)研究，對(duì)提速和高速客車過(guò)橋時(shí)簡(jiǎn)支梁橋的豎向共振機(jī)理、提速空貨車過(guò)橋時(shí)上承鋼板梁橋橫向振動(dòng)機(jī)理以及采用MTMD抑制既有鋼板梁橋豎向共振和橫向“共振”等問(wèn)題進(jìn)行了深入

3、系統(tǒng)的研究。研究工作主要包括以下幾個(gè)部分。
　　1.提速列車作用下簡(jiǎn)支梁橋的豎向振動(dòng)及橫向振動(dòng)機(jī)理研究。研究結(jié)果表明：⑴在多個(gè)移動(dòng)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的豎向共振現(xiàn)象是由橋上每個(gè)移動(dòng)荷載產(chǎn)生的瞬態(tài)振動(dòng)相疊加引起的，而不是由強(qiáng)迫振動(dòng)引起的?？蛙囘^(guò)橋時(shí)，多節(jié)相同的車輛通過(guò)簡(jiǎn)支梁橋，當(dāng)軸重項(xiàng)的變化周期與橋梁豎向有載自振周期的整數(shù)倍相等時(shí)，由各車輛靜軸重移動(dòng)荷載引起的橋梁瞬態(tài)振動(dòng)部分在振動(dòng)過(guò)程中相互疊加，使橋梁豎向振動(dòng)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。⑵空貨車過(guò)

4、橋時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的橫向振動(dòng)出現(xiàn)的“共振”現(xiàn)象，主要是由列車中少數(shù)車況差的車輛(其輪對(duì)蛇行波長(zhǎng)在8m～9m范圍內(nèi))引起的。當(dāng)列車行駛速度在某一特定速度范圍內(nèi)，使輪對(duì)蛇行頻率與橋梁橫向有載自振頻率接近時(shí)，橋梁橫向振動(dòng)出現(xiàn)較大的振幅，即出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象。
　　2.MTMD抑制列車荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)和橫向振動(dòng)的理論研究。經(jīng)過(guò)大量的模擬計(jì)算和分析，結(jié)果表明：⑴MTMD抑制諧波激勵(lì)下產(chǎn)生的共振現(xiàn)象具有很好的效果和較寬的減振頻帶，其抑振效果

5、與結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)和荷載激勵(lì)時(shí)間的長(zhǎng)短密切相關(guān)。當(dāng)荷載激勵(lì)時(shí)間足夠長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)程曲線表現(xiàn)為共振特征時(shí)，抑振效果最佳；而當(dāng)荷載激勵(lì)時(shí)間較短，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)程曲線不具備共振特征時(shí)，減振效果較差。⑵采用MTMD抑制列車荷載作用下鋼板梁的豎向共振效果非常明顯，而且采用MTMD時(shí)，TMD裝置只需要較小的阻尼就能取得較好的抑振效果。⑶MTMD抑制32m上承鋼板梁橋橫向振動(dòng)的平均減振率為43.8％；抑制40m上承鋼板梁橋橫向振動(dòng)的平均減振率為50.2％。

6、MTMD的減振效果與列車運(yùn)行的速度密切相關(guān)，當(dāng)列車的速度正好達(dá)到使列車對(duì)橋梁的激勵(lì)頻率與橋梁的有載自振頻率相接近，橋梁產(chǎn)生最大橫向振幅(即發(fā)生“共振”現(xiàn)象)時(shí)，減振效果最佳。
　　3.MTMD抑制列車荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)橫向振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：⑴MTMD抑制鐵路上承鋼板梁橋的橫向振動(dòng)，普遍有效。⑵MTMD抑振的效果與橋梁跨中橫向振動(dòng)時(shí)程曲線的波形特征密切相關(guān)：如果時(shí)程曲線中出現(xiàn)“共振”波形時(shí)，MTMD的抑振效果明顯

7、；如果橋梁振動(dòng)的波形不具備共振的特征，即使振動(dòng)波形中的振幅值較大，MTMD抑振效果不夠理想。⑶對(duì)于40m上承式鋼板梁橋，其振動(dòng)波形具有明顯的共振特征，MTMD的抑振效果明顯，試驗(yàn)中實(shí)際測(cè)得的最大減振率為51.83%；而對(duì)于32m上承式鋼板梁橋，其振動(dòng)波形不具有共振的特征，這時(shí)MTMD抑振效果不明顯。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新成果是：
　　1.在多個(gè)移動(dòng)荷載作用下，橋梁發(fā)生的豎向共振現(xiàn)象是由各移動(dòng)荷載產(chǎn)生的瞬態(tài)振動(dòng)相互疊加引起的，而