高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析.pdfVIP

辫≥觏筝；朝 中 国 铁 道 科 学 V01．25No．5 2oo4年1o月 CHINARAILWAY SC‘IE。NCE‘ Octo矗r．20确 文章编号：1001．4632(2004)05-0057—04 高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析 蔡成标，翟婉明，王开云 (西南交通大学列车与线路研究所，四川成都610031) 摘要：运用轮轨关系，建立高速列车一板式轨道—桥梁系统空间耦合动力学模型。运用列车—线路—桥 梁动力学仿真通用软件TTI蛤IM，分析高速列车以不同速度通过桥梁时，机车车辆、板式轨道及桥梁的动力特 性。结果表明，桥上板式轨道能够保证行车的安全性、舒适性和桥梁结构的安全性。 关键词：高速列车；板式轨道；桥梁；耦合动力学；仿真分析 中圈分类号：U213．242文献标识码：A 无碴轨道以其稳定性好、耐久性好、少维修等 阻尼可为线性或非线性，自由度包括车体、前后构 优点在日本、德国、英国、美国、丹麦等国家得到 架及轮对的垂向、横向、沉浮、点头、侧滚、摇头 较广泛应用，特别是在桥梁上及隧道内取得了良好 自由度。轮轨之间的法向作用力由赫兹非线性弹性 的效果。我国也在积极研究这一轨道结构型式，并 接触理论确定，切向蠕滑力由Kalker线性蠕滑理 已在桥梁上进行了试铺。为了全面研究高速列车通 论确定，并采用沈氏理论作非线性修正，计算任意 过桥上板式轨道时车线桥系统的动力学性能。应将 蠕滑率值和小自旋值情形下的蠕滑力。钢轨视为弹 高速列车、板式轨道及桥梁作为一个整体系统。本 文应用“列车—线路一桥梁动力学仿真通用软件” 按实际扣件节点间距布置，钢轨的自由度包括左、 TrBSIM，分析高速列车通过桥梁时机车车辆、板右股钢轨的垂向、横向及转动自由度。在垂向视轨 式轨道以及桥梁的动力学性能，并将计算结果与测 道板为弹性基础上四边自由的双向弯曲弹性薄板， 试结果进行了对比分析。 在横向视轨道板近似为刚体，有平动和转动自由 度，轨道板的扭曲变形较小不作考虑，轨道板通过 l动力学模型及方程 CA砂浆与桥面相联结。桥梁考虑梁体、支座及墩 台的整体作用，采用空间梁单元建模，模型中没有 1．1动力学模型 考虑墩台基础的作用。 在TTBSIM中，运用车辆—轨道耦合动力学 图1为列车与桥上板式轨道的动力学模型示意 原理…，建立车线桥系统的动力分析模型。在模型 图。 中，机车车辆模拟为具有一、=系悬挂的由车体、 1．2振动方程 构架及轮对组成的多刚体系统，车辆悬挂系统中的 在上面的动力学模型中，机车车辆、钢轨、轨 图1列车与桥上板式轨道动力学模型正视图 收稿日期：2003．09—19 作者简介：蔡成标(1963一)，男，浙江东用人，副教授。 基金项目：国家自然科学基金项目；铁道部科技研究开发计划项目(2001G40) 万方数据 58 中国铁道科学 第25卷 枕的振动方程可参考文献[1]。桥梁的振动方程可 式(3)中的右端项包含钢轨扣件处支点压力 参考文献[2—6]。下面仅给出轨道板的垂向动力 以及轨道板与桥梁间的相互作用力。 学方程。 将每跨桥梁上各块轨道板振动方程和钢轨