進(jìn)站人行天橋在正線列車復(fù)雜激勵下的性態(tài)研究及其控制.pdf

1、進(jìn)站人行天橋作為旅客分流、保障人員進(jìn)站安全的一項基礎(chǔ)設(shè)施，在鐵路客運交通中起著舉足輕重的作用。由于其跨度大、自身柔等特點，當(dāng)正線列車在天橋下方通過時，由于受到列車高速運行時所產(chǎn)生的列車風(fēng)荷載和地基振動的強烈作用，進(jìn)站人行天橋振動非常明顯，嚴(yán)重影響其安全性、舒適性和耐久性，此外列車的頻繁運行對它的反復(fù)加載作用也會影響其服役壽命。鑒于此類橋梁已經(jīng)建成，如果能采用一定的方法或技術(shù)手段抑制由于正線列車高速通過時所產(chǎn)生的大幅振動并保證其舒適性和延

2、長其服役時間，這對于保證進(jìn)站人行天橋的正常使用和特大事故的預(yù)防，具有一定的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。由此可見，研究正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋下方所產(chǎn)生的動力響應(yīng)及其抑制手段、增加其舒適性和延長服役時間對于保證結(jié)構(gòu)自身安全和正常使用，減輕國民經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡十分必要。
　　基于此，本文以株州西站進(jìn)站人行天橋為工程背景，采用理論與實踐相結(jié)合的研究思路，對正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋時的荷載模擬、動力響應(yīng)分析、進(jìn)站人行天橋舒適性和耐久性的

3、評價以及振動控制方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論為：
　?。?）以三維不可壓縮的雷諾時均方程RANS和RNG k兩方程湍流模型為基礎(chǔ)，利用CFD前處理軟件GAMBIT建立包含高速列車、跨線天橋、站臺等關(guān)鍵研究目標(biāo)的計算模型并劃分網(wǎng)格。通過大型商用CFD軟件FLUENT實現(xiàn)高速列車運行的三維動態(tài)模擬，分析出高速列車通過時引起的瞬態(tài)列車風(fēng)風(fēng)場特性及作用在相關(guān)結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載效應(yīng)。
　?。?）以軌道不平順為激勵，利用

4、已有的列車—軌道系統(tǒng)耦合動力學(xué)分析二維模型，并結(jié)合通用有限元分析軟件 ANSYS建立的軌道—枕木—大地三維有限元振動波傳遞模型，獲取作用在進(jìn)站人行天橋橋墩上的環(huán)境振動波時程曲線，以此作為環(huán)境振動荷載來分析進(jìn)站人行天橋的動力響應(yīng)。
　?。?）同時考慮列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動荷載兩因素的影響，推導(dǎo)出在列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動荷載作用下的進(jìn)站人行天橋的非一致激勵分析的運動學(xué)方程。并對該橋的動力響應(yīng)進(jìn)行分析，同時與不考慮環(huán)境振動情況下的進(jìn)站人行天

5、橋的動力響應(yīng)進(jìn)行了對比分析，研究結(jié)果表明進(jìn)站人行天橋在正線列車高速通過時受到風(fēng)荷載和環(huán)境振動的共同作用，其振動響應(yīng)主要以風(fēng)荷載為主，環(huán)境振動則對其振動響應(yīng)有一定影響。
　?。?）參照國際ISO2631/2-1989標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10137的相關(guān)規(guī)定，對基準(zhǔn)線的放大系數(shù)進(jìn)行了合適的選取，以此來評價人行天橋的舒適度；采用子模型分析方法獲取正線列車高速經(jīng)過人行天橋時危險點處的應(yīng)力或應(yīng)變時程分量，采用相應(yīng)的疲勞破壞準(zhǔn)則及根據(jù)Ma

6、nson-Conffin公式所推導(dǎo)出的的疲勞抗力方程，確定出正線列車高速通過進(jìn)站人行天橋的服役壽命。研究結(jié)果表明進(jìn)站人行天橋在正線列車高速通過時的振動響應(yīng)較大，舒適性難以滿足要求，服役時間有待增加，因此需要采用振動控制技術(shù)來增強其舒適性和延長其服役時間。
　?。?）分別采用TMD系統(tǒng)和MR-TMD系統(tǒng)對進(jìn)站人行天橋在高速列車通過時的振動響應(yīng)抑制進(jìn)行研究。建立了設(shè)置TMD和MR-TMD系統(tǒng)的進(jìn)站人行天橋在列車風(fēng)和環(huán)境誘發(fā)振動作用下進(jìn)

7、站人行天橋的智能控制方法，并將其運用到株州西站進(jìn)站人行天橋上，得到控制后的進(jìn)站人行天橋的動力響應(yīng)，并對控制后其舒適度和耐久性再次進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明采用MR-TMD系統(tǒng)和TMD系統(tǒng)都能控制進(jìn)站人行天橋的動力響應(yīng)，但MR-TMD系統(tǒng)對于舒適性的增強和服役時間的延長明顯優(yōu)于TMD系統(tǒng)的控制效果。
　　根據(jù)本文的研究內(nèi)容和關(guān)鍵科學(xué)問題，主要創(chuàng)新點如下：
　?。?）分析在同時考慮列車風(fēng)荷載和環(huán)境振動共同作用下，對進(jìn)站人行天橋的動力