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列车的铁路桥梁横向振动 专业：电气工程及其自动化 姓名：任建军 学号：W110401132156 目录 1.引言 1 2.列车行车的激励 2 3.桥梁有载频率 3 4.小结 5 参考文献 6 列车的铁路桥梁横向振动 摘要 基于频谱的概念，考虑列车行车的水平载荷的性质以及桥梁自振特性，通过理论分析得到桥梁在行车时的振动情况，对结果进行了详细分析。提出桥梁的横向振动主要由桥墩的自振特性控制。最后，就避免铁路桥梁行车时的共振现象进行了初步分析，提出了可行的解决方案。 关键词　铁路 桥梁 桥墩 横向振动 1.引言 桥梁的振动一般由环境激励以及人为激励引起。大跨度桥梁(如斜拉桥、悬索桥等)主要考虑环境激励引起的振动。中小跨度的桥梁一般考虑人为激励影响为主。铁路桥梁由于人为激励源是列车，不仅垂直方向振动大，而且蛇行波等引起的激励使水平方向的振动也非常大。横向振动会导致脱轨的严重后果。因此，如何避免发生共振现象是非常重要的。 桥梁设计中一般采用静力设计方法，仅将动载荷转换成为相应的静载荷，大跨桥梁(尤其是超大跨桥梁)要进行时程计算，甚至需要进行风洞实验，但是这样的工作需要较多的经费和较长的时间。对于中小跨桥梁往往缺乏有效的手段来进行动力分析，不进行动力分析对于铁路桥梁来说是比较危险的。特别是现在列车不断提速，桥梁和桥墩的形式在不断变化，如果没有有效的方法来进行分析，很可能导 我国的铁路桥梁检测按《铁路桥梁检定规范》(后面简称为“检规”)的标准来实施，此规范是1978年按照当时的运行情况和设计标准制定的。随着技术的发展，几十年来，列车不断提速，目前达到160(km.h )甚至200(km.h )以上，而高速铁路的最高行车速度可达到甚至.超过300(km.h )，它将成为21世纪最富有吸引力的一种旅客运输方式[1]。车速的提高导致振动的激励力更大，因此对桥梁的安全性能也需要更高的要求，检规中的一些参数需进行修订后才能满足现有情况下的使用。 另外在桥梁设计中，桥梁的跨度越来越大，桥墩高度也很高，出现了高墩和高承台墩，这些情况在检规中涉及较少，没有明确的规定。基于安全考虑，必须对这些情况进行大量的实用和有效分析。 在目前列车运行过程中，完好的铁路桥梁行车所产生的振动一般应满足检规中的规定。一般列车的竖向振动都能满足，但是当提速或者桥墩较柔时，水平向的振动会比较大，容易引起脱轨。而学者对于铁路桥梁横向振动的研究不是很多，且大多采取时程分析的方法，可以得到很多桥墩响应的数据，但是花费的时间和精力很多，对于中小桥来说这样的投入偏大。 本文基于频谱的概念，着重于桥梁水平振动的分析，从试验和理论分析两方面出发，得出梁桥在列车不同速度行驶状态下水平振动的情况，并着重分析由桥墩刚度引起桥梁整体特性的改变，最后给出了避免车桥体系共振的可行对策。 2.列车行车的激励 列车通过桥梁时，当列车产生的作用力频率和桥梁的有载频率吻合时，容易导致共振。如果车身不长，作用时间短，为瞬时的激励，此时即使频率相吻合，也较难达到共振；而如果是货车或者客车，作用时间一般长达十几秒甚至几十秒，容易出现共振现象，造成车辆和桥梁的危险，在本文中主要讨论车身较长列车的激励作用。 桥梁通过列车时，采用净轴重常量移动载荷模型，当列车以某一速度通过桥梁，列车产生周期性的竖向激励，则此激励的频率为 (1) 其中：v为列车速度；lv为列车车厢长；n为振动阶数。 列车在水平向产生的蛇行波频率，如为单轴转向架，则水平向频率为 （2） 其中：为车轮缘的锥度；b为轨道间距的一半；r0为车轮半径。 行车速度横向频率。 在我国=1/20,轨道间距2b=1.435m,客车轮径一般为2r0=0.915m,列车车厢长为l=26.576m。如表1所示,将不同的车速代入式(1)和式(2),得到不同车速下竖向和水平向的激励频率。将此频率与桥梁的频率进行对比,如果很接近,则意味着此速度下车桥体系处于共振范围,比较危险,应尽量避免在此速度下行车。 梁桥的竖向频率一般素，如果要达到竖向的首阶共振，列车速度需高达约250(km.h-1)，远高于目前一般的列车速度，故不考虑。而列车产生的高阶竖向激励由于频率较高，激励能量有限，引起桥梁的位移不会很大，因此重分析横向的振动。 由图1可见，蛇行波产生的横向激励频率比竖向激励的频率高，更容易在较低的速度下行驶时与竖向激励的频率高,更容易在较低的速度下行驶时与桥梁发生共振现象,且横向振动与列车的脱轨系数、减载率以及旅客的舒适度等诸多参数紧密相关,因此对其进行研究有重要意义。 图1　不同车速下竖向和横向的激励频率 3.桥梁有载频率 桥梁的频率可由计算或者试验得到。不过一般得到的是自振频率，此时桥梁上没有附加载荷；当上面通过列车时，由于附加了较大的