進(jìn)站人行天橋在正線列車復(fù)雜激勵(lì)下的性態(tài)研究及其控制.pdf

1、進(jìn)站人行天橋作為旅客分流、保障人員進(jìn)站安全的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，在鐵路客運(yùn)交通中起著舉足輕重的作用。由于其跨度大、自身柔等特點(diǎn)，當(dāng)正線列車在天橋下方通過時(shí)，由于受到列車高速運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的列車風(fēng)荷載和地基振動(dòng)的強(qiáng)烈作用，進(jìn)站人行天橋振動(dòng)非常明顯，嚴(yán)重影響其安全性、舒適性和耐久性，此外列車的頻繁運(yùn)行對(duì)它的反復(fù)加載作用也會(huì)影響其服役壽命。鑒于此類橋梁已經(jīng)建成，如果能采用一定的方法或技術(shù)手段抑制由于正線列車高速通過時(shí)所產(chǎn)生的大幅振動(dòng)并保證其舒適性和延

2、長其服役時(shí)間，這對(duì)于保證進(jìn)站人行天橋的正常使用和特大事故的預(yù)防，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。由此可見，研究正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋下方所產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)及其抑制手段、增加其舒適性和延長服役時(shí)間對(duì)于保證結(jié)構(gòu)自身安全和正常使用，減輕國民經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡十分必要。
　　基于此，本文以株州西站進(jìn)站人行天橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思路，對(duì)正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋時(shí)的荷載模擬、動(dòng)力響應(yīng)分析、進(jìn)站人行天橋舒適性和耐久性的

3、評(píng)價(jià)以及振動(dòng)控制方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論為：
　　（1）以三維不可壓縮的雷諾時(shí)均方程RANS和RNG k兩方程湍流模型為基礎(chǔ)，利用CFD前處理軟件GAMBIT建立包含高速列車、跨線天橋、站臺(tái)等關(guān)鍵研究目標(biāo)的計(jì)算模型并劃分網(wǎng)格。通過大型商用CFD軟件FLUENT實(shí)現(xiàn)高速列車運(yùn)行的三維動(dòng)態(tài)模擬，分析出高速列車通過時(shí)引起的瞬態(tài)列車風(fēng)風(fēng)場特性及作用在相關(guān)結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載效應(yīng)。
　?。?）以軌道不平順為激勵(lì)，利用

4、已有的列車—軌道系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)分析二維模型，并結(jié)合通用有限元分析軟件 ANSYS建立的軌道—枕木—大地三維有限元振動(dòng)波傳遞模型，獲取作用在進(jìn)站人行天橋橋墩上的環(huán)境振動(dòng)波時(shí)程曲線，以此作為環(huán)境振動(dòng)荷載來分析進(jìn)站人行天橋的動(dòng)力響應(yīng)。
　　（3）同時(shí)考慮列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動(dòng)荷載兩因素的影響，推導(dǎo)出在列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動(dòng)荷載作用下的進(jìn)站人行天橋的非一致激勵(lì)分析的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。并對(duì)該橋的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，同時(shí)與不考慮環(huán)境振動(dòng)情況下的進(jìn)站人行天

5、橋的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比分析，研究結(jié)果表明進(jìn)站人行天橋在正線列車高速通過時(shí)受到風(fēng)荷載和環(huán)境振動(dòng)的共同作用，其振動(dòng)響應(yīng)主要以風(fēng)荷載為主，環(huán)境振動(dòng)則對(duì)其振動(dòng)響應(yīng)有一定影響。
　?。?）參照國際ISO2631/2-1989標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10137的相關(guān)規(guī)定，對(duì)基準(zhǔn)線的放大系數(shù)進(jìn)行了合適的選取，以此來評(píng)價(jià)人行天橋的舒適度；采用子模型分析方法獲取正線列車高速經(jīng)過人行天橋時(shí)危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力或應(yīng)變時(shí)程分量，采用相應(yīng)的疲勞破壞準(zhǔn)則及根據(jù)Ma

6、nson-Conffin公式所推導(dǎo)出的的疲勞抗力方程，確定出正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋的服役壽命。研究結(jié)果表明進(jìn)站人行天橋在正線列車高速通過時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)較大，舒適性難以滿足要求，服役時(shí)間有待增加，因此需要采用振動(dòng)控制技術(shù)來增強(qiáng)其舒適性和延長其服役時(shí)間。
　?。?）分別采用TMD系統(tǒng)和MR-TMD系統(tǒng)對(duì)進(jìn)站人行天橋在高速列車通過時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)抑制進(jìn)行研究。建立了設(shè)置TMD和MR-TMD系統(tǒng)的進(jìn)站人行天橋在列車風(fēng)和環(huán)境誘發(fā)振動(dòng)作用下進(jìn)

7、站人行天橋的智能控制方法，并將其運(yùn)用到株州西站進(jìn)站人行天橋上，得到控制后的進(jìn)站人行天橋的動(dòng)力響應(yīng)，并對(duì)控制后其舒適度和耐久性再次進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明采用MR-TMD系統(tǒng)和TMD系統(tǒng)都能控制進(jìn)站人行天橋的動(dòng)力響應(yīng)，但MR-TMD系統(tǒng)對(duì)于舒適性的增強(qiáng)和服役時(shí)間的延長明顯優(yōu)于TMD系統(tǒng)的控制效果。
　　根據(jù)本文的研究內(nèi)容和關(guān)鍵科學(xué)問題，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　（1）分析在同時(shí)考慮列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動(dòng)共同作用下，對(duì)進(jìn)站人行天橋的動(dòng)力