时变动载荷下高速列车对铁路桥的振动(中)..docVIP

时变动载荷下高速列车对铁路桥的振动 A. Garinei, G. Risitano_ Department of Industrial Engineering, University of Perugia, Italy 刘胜勇 译 （中国重汽集团济南桥箱有限责任公司） 摘要： 众多试验数据表明：作用于轮轴上的载荷不仅包含一个常量，而且还有一些重要的在0~6Hz范围内交变量。作者采用一时变动载荷传输的简支梁模型，分析了中小跨度桥在复合动载荷作用下产生的偏差。 第一种情况单根轴传输且常量和交变量都有的复合载荷产生的偏差；第二种情况是对在几个等间距轴上传输的复合载荷的组合作用的研究。 试验详细分析了速度和变量的频率及相位对偏差的影响，这决定了在多轴传递的力情况下共振产生和消失的条件。 C 2007年Elsevier有限责任公司保留所有权。 关键词： 交变动载荷；简支梁；简支桥；铁路；共振产生与消失 引言 火车在高速铁路线上行驶产生机械振动，与机械振动相关的众多技术难题直接影响到高速铁路线的运用。这一学科的很多文献表明各种振动问题及其对周围环境的影响引起了许多研究人员的重视。 International Workshop“Wave 2000”科研报告集对各种主题、论文作了广泛的评论，并对当前发展状况给出了自己的观点，这给理论家和实践家提供了一个非常有益的工具。近些年来，更详尽的研究丰富了人们对各种现象的认知。 在这些研究当中，我们对高速列车产生的振动得出的结论是基于一简单和古典的解析建模。该建模为借助于数字模拟和实验试验作可能更进一步的研究提供了检验某些特定方面的参数形式。 特别指出的是，铁轨附近的很多建筑结构（楼房、竖井等）对振动非常敏感，我们对这类型的振动进行了研究[2，3，4]；空气动力学对抗噪声障碍物的支柱有一定的影响[5]。近来，关于简支梁的交变动载荷引起的振动成为了铁路桥振动研究的基础，这也是本文的主题。 简支梁的曲变振动的理论模型是以参数分析研究作基础的。前面引用的每篇文献的上下文中均能找到重要的研究结果，这些研究结果使理论模型适应了特殊问题的研究。 因此，在做基于敏感性建筑结构振动的研究时，为获得参数形式的测试信号，铁路钢轨被模拟成一弹性支撑上无限长的梁。在这个模型中，给梯防的指定位置施以激励，测试信号能够模拟火车以不同速度通过时对钢轨的作用，因此，接下来的许多试验活动（仍进行中）直接评价接收器接收到信号的效果[2]。 通过一个服从载荷的不固定模型和一些工业系统的动力学分析，进行了抗噪音障碍支柱的机械特性分析。意大利的铁路网络公司(R.F.I.)在“Supplemental and Temporary Prescriptions for the Anti-noise Barriers Design”中对于服从载荷的不固定模型做过描述。通过抗噪音障碍支柱的机械特性分析，得出了一些重要的论点：需要更合理的技术标准或规范[5]。 通过车辆轮轴传递的时变载荷已经成为关注的焦点。近来在ETR500进行的试验承认被评估的现代火车的频谱，因此，考虑存在直流分量和谐波分量的载荷是非常有意义的。 当平衡力失衡时，不再产生谐波成分，这是19世纪30年代的蒸汽机车的情况。没有谐波时，将出现频率为0~6Hz的振动，此范围内的振动有益于分析研究。 这种考虑了随机性附加成分的确定性方法使实际载荷等同于模型载荷，这在文献[6]中被提到。 首先，文献[8]分析了交变载荷下简支梁的特性；尤其是曾经在某些领域[7]的杰出文献中被研究和分析过的定载荷将被重新分析。这是为估算单根轮轴传递的振动响应和多根轮轴传递的复合载荷的特性做准备工作。 现在，这些结果将被用于上面提到的两种不同情形下的复合载荷产生回应的分析中。假定轴的作用由谐波成分、直流成份组成，为估算振动的最大偏差值，对定载荷而言，需要知道最大偏差出现的时间；对交变载荷而言，需要知道它的相位和频率。 本文将考虑这些方面问题如何影响所有的回馈。 对由多根等距轴传递的重复性载荷进行分析时，必须考虑交变载荷在振动提升和消除两个不同时期对回馈的影响。这是当火车开启和离开桥时直接触发的已衰减振动的复合成分的结果，并依赖于回馈是否同相或不同相。 以适合各种情形的研究结果为基础，可能选择关于极端情形下的参数，也可能模拟它们的结果。 数学模型 简支梁模型的中小跨度桥 L 的垂直偏差为u(x, t)，在 N 个载荷Pk (t)作用下，以恒定速度 c 运动，如下方程式描述： （1） 初始条件和临界条件如下： （2） 在式（1）中，假定弯曲度、线性密度、阻尼为固定不变的量，用表示第一个力与第个力之间的距离，第个力通过桥的时间为，第个力离开桥的时间为。表示集中载荷，是海德赛德单元函数。 定载荷下的