高速鐵路高架橋局部振動(dòng)有限元分析.pdf

1、隨著高速鐵路的大量興建，高架橋由于占地面積小，施工便捷得到廣泛使用。同時(shí)其帶來(lái)的結(jié)構(gòu)噪聲環(huán)境問(wèn)題吸引著越來(lái)越多學(xué)者的參與研究。其根源主要是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的頻率在20-200Hz之間的局部振動(dòng)。論文基于車軌橋耦合動(dòng)力學(xué)原理，利用有限元方法探討了高速鐵路中常用的箱型梁局部振動(dòng)特性。
　　通過(guò)建立較為精細(xì)的箱梁有限元模型，并進(jìn)行自振特性分析以及瞬態(tài)動(dòng)力特性分析。針對(duì)橋梁選出6個(gè)敏感點(diǎn)，以振動(dòng)加速度作為主要評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)各點(diǎn)的時(shí)域與頻域響應(yīng)進(jìn)行詳

2、細(xì)計(jì)算，考察梁的局部振動(dòng)特性，得到了橋梁局部振動(dòng)的頻段區(qū)間分布規(guī)律。本文考慮多種不同工況下梁的振動(dòng)特性以作比較，尋求控制結(jié)構(gòu)局部振動(dòng)的思路方法。另外對(duì)雙室梁與單室梁的振動(dòng)特性也做了詳細(xì)的比較，為工程上必要地段梁型的選用提供了依據(jù)。下面將闡述本文在通過(guò)上述研究得到的主要內(nèi)容與重要結(jié)果：
　　1、選取橋梁主體結(jié)構(gòu)建立有限元模型，單元數(shù)共13764，橋墩不予考慮，使用彈簧單元建立支座，且對(duì)本文分析影響較小的附屬構(gòu)件部分予以忽略。

3、　　2、通過(guò)對(duì)梁模型進(jìn)行模態(tài)分析可知前500階自振頻率主要集中在0-421.6Hz,前六階自振頻率集中在20Hz以下。而在各階振型中出現(xiàn)較為明顯的局部振動(dòng)主要是在第六階之后。
　　3、基于上述模態(tài)分析，根據(jù)動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣，得到阻尼系數(shù)α與β,為后續(xù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算提供依據(jù)。
　　4、基于車軌橋耦合動(dòng)力學(xué)原理及模型，以軌道不平平順作為輪軌激勵(lì)，得到輪軌之間的豎向作用力。
　　5、將輪軌作用力按車速250km/

4、h加載于橋梁模型上，分析橋梁各板（頂板、底板、腹板、翼緣板）的振動(dòng)特性，選出跨中截面六個(gè)較為合適的敏感點(diǎn)作為后續(xù)局部振動(dòng)的依據(jù)。
　　6、根據(jù)以上分析結(jié)果，計(jì)算不同列車速度狀態(tài)下六個(gè)敏感點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)以反映整個(gè)梁體的局部振動(dòng)特征。由分析可知，車速越大，各點(diǎn)振動(dòng)越強(qiáng)烈，局部振動(dòng)也越強(qiáng)烈，其頻段分布區(qū)間也隨車速增大而增大。
　　7、根據(jù)對(duì)不同軌道不平順狀態(tài)的分析，可知軌道不平順是激發(fā)橋梁局部振動(dòng)的主要因素，且不平順波長(zhǎng)越短，越容易

5、激發(fā)梁的局部振動(dòng)，且振動(dòng)頻段區(qū)間會(huì)大幅增大。
　　8、列車激勵(lì)周期性激振對(duì)橋梁振動(dòng)有著重要的影響。雖然根據(jù)目前單節(jié)列車長(zhǎng)度作用的分析，該頻率較低，對(duì)高頻段的局部振動(dòng)影響較小，但其引起振動(dòng)較為劇烈，影響列車安全性及舒適性。本文中列車激振頻率為2.7Hz,通過(guò)對(duì)比分析可發(fā)現(xiàn)橋梁振動(dòng)加速度值在頻率2.7Hz附近出現(xiàn)了峰值。
　　9、對(duì)箱梁材料參數(shù)不同工況進(jìn)行分析，主要是彈性模量及梁體的密度，由分析可知彈性模量的增大對(duì)局部振動(dòng)的影響

6、較小，密度對(duì)局部振動(dòng)的影響較大。而增大支座的剛度會(huì)增大整個(gè)橋梁的自振頻率，同時(shí)會(huì)影響橋梁的振動(dòng)。尤其對(duì)80Hz以下頻段的整體振動(dòng)及局部振動(dòng)的影響較大，對(duì)大于80Hz頻段的振動(dòng)表現(xiàn)的不太明顯。
　　10、建立不同板厚的模型分析可知，增大頂板厚度對(duì)頂板、腹板的局部振動(dòng)影響較大，增大底板厚度對(duì)各板的局部振動(dòng)影響均不明顯，增大腹板厚度可有效減弱頂板、腹板的局部振動(dòng)，而對(duì)底板效果較差。綜合可知，改變頂板、腹板厚度對(duì)控制局部振動(dòng)有較好的效果。