冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

来源：中国血液净化杂志2021年第4期北京时间：

作者：李鹏浩, 李忠龙, 朱胜阳, 牛津, 娄会彬

单位：1. 兰州交通大学机电工程学院, 甘肃兰州 730070;2. 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院, 黑龙江哈尔滨 150090;3. 西南交通大学牵引动力国家重点实验室, 四川成都 610031;4. 中铁第四勘察设计院集团有限公司, 湖北武汉 430063"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51778194, 51978587, 11790283)

摘要：为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响，采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程，计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线，基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论，以流冰荷载作为外激励，建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例，通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应，得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载，分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应，最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下，冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数，桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大，且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势；流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著，在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大，跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近，表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动；车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大，增幅超过2倍，可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。

关键词：桥梁工程,冰击-车辆-轨道-桥梁系统,数值仿真,铁路桥梁,行车安全

基金资助：国家自然科学基金项目（51778194，51978587，11790283）