提速列車荷載作用下車橋耦合振動與橋梁振動控制研究.pdf

1、九七年我國鐵路提速以后，現(xiàn)場測試中發(fā)現(xiàn)：客車過橋時，當速度為160km/h左右時，對于長編組列車，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；貨車過橋時(尤其是空貨車過橋時)，橋梁橫向振動出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，最大橫向振動幅值大大超過我國現(xiàn)行《橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的參考限值，嚴重制約了貨物列車速度的提高。而這些共振或“共振”現(xiàn)象為過去的車橋耦合振動理論所不能解釋。
　　為了進一步認識列車提速后車橋耦合振動的規(guī)律，抑制橋梁結

2、構振動，保證列車在橋上的行車安全，確保列車提速順利實現(xiàn)，本文針對我國鐵路提速后，列車過橋時出現(xiàn)的豎向共振現(xiàn)象和橋梁跨中橫向振幅嚴重超限問題，在系統(tǒng)總結和綜合評述了目前國內外關于車橋耦合振動研究與橋梁振動控制技術研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的基礎上，通過理論分析、數(shù)值計算、現(xiàn)場測試和試驗研究，對提速和高速客車過橋時簡支梁橋的豎向共振機理、提速空貨車過橋時上承鋼板梁橋橫向振動機理以及采用MTMD抑制既有鋼板梁橋豎向共振和橫向“共振”等問題進行了深入

3、系統(tǒng)的研究。研究工作主要包括以下幾個部分。
　　1.提速列車作用下簡支梁橋的豎向振動及橫向振動機理研究。研究結果表明：⑴在多個移動荷載作用下橋梁結構的豎向共振現(xiàn)象是由橋上每個移動荷載產生的瞬態(tài)振動相疊加引起的，而不是由強迫振動引起的?？蛙囘^橋時，多節(jié)相同的車輛通過簡支梁橋，當軸重項的變化周期與橋梁豎向有載自振周期的整數(shù)倍相等時，由各車輛靜軸重移動荷載引起的橋梁瞬態(tài)振動部分在振動過程中相互疊加，使橋梁豎向振動出現(xiàn)共振現(xiàn)象。⑵空貨車過

4、橋時橋梁結構的橫向振動出現(xiàn)的“共振”現(xiàn)象，主要是由列車中少數(shù)車況差的車輛(其輪對蛇行波長在8m～9m范圍內)引起的。當列車行駛速度在某一特定速度范圍內，使輪對蛇行頻率與橋梁橫向有載自振頻率接近時，橋梁橫向振動出現(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構豎向振動和橫向振動的理論研究。經過大量的模擬計算和分析，結果表明：⑴MTMD抑制諧波激勵下產生的共振現(xiàn)象具有很好的效果和較寬的減振頻帶，其抑振效果

5、與結構的振動狀態(tài)和荷載激勵時間的長短密切相關。當荷載激勵時間足夠長，結構振動時程曲線表現(xiàn)為共振特征時，抑振效果最佳；而當荷載激勵時間較短，結構振動時程曲線不具備共振特征時，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，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的平均減振率為43.8％；抑制40m上承鋼板梁橋橫向振動的平均減振率為50.2％。

6、MTMD的減振效果與列車運行的速度密切相關，當列車的速度正好達到使列車對橋梁的激勵頻率與橋梁的有載自振頻率相接近，橋梁產生最大橫向振幅(即發(fā)生“共振”現(xiàn)象)時，減振效果最佳。
　　3.MTMD抑制列車荷載作用下橋梁結構橫向振動的現(xiàn)場試驗研究。現(xiàn)場試驗結果表明：⑴MTMD抑制鐵路上承鋼板梁橋的橫向振動，普遍有效。⑵MTMD抑振的效果與橋梁跨中橫向振動時程曲線的波形特征密切相關：如果時程曲線中出現(xiàn)“共振”波形時，MTMD的抑振效果明顯

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