TMD对高速列车通过简支箱梁桥时的振动控制研究.pdfVIP

振 动 与 冲 击 第27卷第 11期 JOURNALOFVIBRATIONAND SHOCK TMD对高速列车通过简支箱梁桥时的振动控制研究 郭文华， 路 萍 (中南大学 土木建筑学院，长沙 410075) 摘 要 ：提出了一种可考虑TMD影响的列车桥梁空间振动时域分析方法，桥梁采用常规有限单元模拟，高速列 车、TMD采用由弹簧阻尼器相连的多刚体模拟，直接建立车一桥一TMD时变系统运动方程，采用数值积分方法求解系统空 间动力响应。以无碴轨道预应力混凝土40m双线简支箱梁为例，首先对 日本 S．K．S．列车通过桥梁时弓1起共振的临界车 速进行了分析，为控制箱梁共振车速下的较大振动响应，研究 TMD不同参数对箱梁振动控制效果 ，大量计算了列车通过 加装不同参数TMD箱梁时的动力响应。计算结果表明采用TMD可有效抑制高速铁路简支箱梁的共振，并得出了一种确 定共振车速和TMD优选参数的简便方法，可供丁程应用参考。 关键词：振动控制；简支箱梁 ；共振；TMD 中图分类号：TU311．3：U448．217 文献标识码 ：A 当高速列车通过桥梁时，由于桥梁所受的荷载(即 种易于计算机实施的方法，直接建立车 一桥 一TMD时 轮轨力)是随时间变化的，并且这种变化是呈周期性 变系统运动方程，采用数值积分方法求解系统空间动 的，因此，在某特定车速下特别是较高车速时桥梁可能 力响应，并编制了相应的计算程序。以某变截面40m 发生共振。共振时桥梁将产生较大的动力响应，可能 双线简支箱梁为例，对桥梁在 日本S．K．s．高速列车作 影响列车的运行安全性、乘坐舒适性以及桥梁 自身的 用下的动力性能、共振车速和TMD对共振车速下桥梁 使用寿命，故研究何种情况下产生共振，以及如何利用 竖向振动的控制效果进行了研究。 控制装置来有效降低桥梁的共振响应就显得十分重 1 车一桥一TMD空间振动分析系统 要。Fryba_1将不同高速列车模拟为两轴重或四轴重常 量移动荷载模型，针对均质等截面简支桥梁，采用理论 1．1 耦合系统子系统的建立 方法推导了列车引起桥梁共振时临界车速的计算公 桥梁采用常规有限单元模拟，拟用空间梁元、杆单 式。苏木标等 亦将中小跨度上承钢板梁、下承钢板 元、索单元、板单元等建立桥梁有限元空问分析模型， 梁、下承钢桁梁等视作均质连续运动方程，对铁路简支 直接拼装形成桥梁刚度矩阵、质量矩阵，并采用 Ray— 梁竖向共振现象及影响因素进行分析。另外，Kwon leigh阻尼。列车拟采用弹簧阻尼器相连的多刚体模型 等 将TMD安装在某 跨等截面连续梁跨中，计算表 模拟。TMD阻尼器可简化为一个质量块、一根弹簧和 明TMD对高速列车引起的桥梁振动控制效果 明显。 一 个阻尼装置组成的系统，直接 固定悬挂在桥梁某一 Wang等 发现高速铁路等截面简支梁跨中安装 TMD 节点位置(见图1)。 亦对不同高速列车引起的桥梁竖向位移、加速度、梁端 转角等均起到较好的控制效果。以上研究一般仅适用 于等截面直梁，有些计算公式也仅适用于等间距轴重 荷载。DenHartog等 研究了动力调谐消振原理，基于 单 自由度无阻尼主振动系统，推导了与不同简谐激励 方式和不同优化 目标相对应的TMD最优参数解式表 达式。由于桥梁结构本身较复杂且有阻尼，高速列车 图 1 车一桥一TMD系统振动分析模型 对桥梁的激励亦不同于常规简谐荷载的激励方式，因 此，TMD最优参数的表达式是否适用亦有待进一步 1．2 车．桥．TMD系统的空间振动方程 研究。