摘要
重载铁路由于运量大、有效降低运输成本、运输潜能高的特点，逐渐取代客货混运铁路，成为世界范围内铁路大国运输业发展主流。与此同时，曲线梁桥在铁路中应用越来越广，伴随而来的列车行驶在曲线轨道上产生的车桥耦合问题已成为铁路桥梁领域的研究热门课题。鉴于目前对重载铁路结合小半径曲线梁桥的车桥耦合振动分析还不够深入，对于不同小半径轨道(半径小于1000m)下列车通过曲线桥梁的动力响应的探讨缺乏细致分析。因此，本文以多种小半径曲线轨道(300m、600m、900m)为背景，进一步开展重载列车通过曲线梁桥时的车桥动力耦合振动的相关研究。采用多体动力学仿真分析软件SIMPACK建立重载列车模型，运用ANSYS有限元软件建立刚性曲线连续梁桥模型及曲线钢轨三维空间模型，将曲线连续梁桥刚性模型和三维空间刚性轨道模型，通过数据转换导入SIMPACK软件生成柔性体，建立曲线梁桥-轨道-列车耦合系统动力分析模型。基于此模型，进行不同小半径下重载铁路曲线梁桥的车桥耦合振动分析。主要研究工作及结论如下: (1)采用SIMPACK软件建立二系悬挂四轴重载列车动力学模型;运用ANSYS软件建立曲线轨道刚性模型，并对其进行子结构分析生成(*.fbi)文件，再结合柔性轨道特定(*.fbi)配置文件调用(*.fbi)文件将曲线轨道刚性模型在SIMPACK中生成柔性曲线轨道体;选用美国五级谱生成轨道不平顺作为外部激励;圆曲线段轨道与直线段轨道之间采用三次抛物线形缓和曲线连接，并定义缓和曲线与圆曲线的相接端和圆曲线段轨道处的超高值及超高类型;凭借轮轨接触关系实现列车和柔性轨道之间的耦合。 (2)运用ANSYS软件建立小半径曲线连续梁桥刚性模型，通过子结构分析生成柔性体输入文件，借助数据转换，将曲线桥梁刚性模型导入到SIMPACK软件中生成柔性桥梁，再联合列车和柔性曲线轨道模型，建立曲线梁桥-轨道-列车耦合振动动力学分析模型。并分别用ANSYS和SIMPACK软件对桥梁进行自振特性分析。结果表明:由ANSYS和SIMPACK计算得到的曲线梁桥自振频率基本吻合。 (3)基于上述曲线梁桥-轨道-列车耦合振动动力学分析模型，在SIMPACK软件中进行重载铁路小半径曲线梁桥的车桥耦合振动分析，研究曲线桥梁处于圆曲线轨道的位置以及曲线半径对车桥耦合动力响应的影响。结果表明:1)在桥梁与圆曲线轨道起始点位置重合时，桥梁主梁跨中竖向位移峰值最小，随着桥梁与圆曲线轨道起始点距离的增大，竖向位移峰值逐渐增大;主梁横竖向振动加速度峰值反而呈现减小趋势。2)车辆的安全性能指标峰值以及振动性能指标峰值均随着桥梁与圆曲线轨道起始点距离的增大而减小。3)在桥梁起始点与圆曲线轨道起始点距离超过110m后，车辆的安全性能指标峰值及振动性能指标峰值趋于稳定。4)相比于曲线半径为600m和900m，当半径为300m时，车辆的振动响应峰值较大，但桥梁的横竖向振动加速度峰值却偏小。5)随着半径的增大，桥梁的各项指标峰值增加幅度减缓，车辆的各项动力响应指标峰值出现减小的趋势。
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