风-车-线-桥系统是一个相互影响、相互耦合的系统,如图8-1所示。一方面,高速运行的列车通过轮轨接触会对轨道结构产生动力作用,轨道结构通过桥轨相互作用将振动传递给桥梁;另一方面,桥梁结构的振动又会反过来改变轨道结构的振动状态,从而影响车辆的运行状态。列车过桥时,由于列车的阻风面积较大,在风荷载作用下结构的气动性能与无车时可能有较大变化。这一方面可能导致桥梁在一定的风速下发生明显影响的抖振响应,另一方面又影响列车过桥时的车桥动力响应;或者说列车过桥时由于风的脉动效应产生的车桥动力响应往往有可能起重要作用。
图8-1 风-车-线-桥动力模型系统
要准确考虑风-车-线-桥之间的相互耦合作用是非常困难的,因为风荷载和列车荷载共同作用下的车桥系统振动分析是一个非常复杂的问题。一方面,列车过桥时车-线-桥系统本身的振动分析就是一个复杂时变力学系统;另一方面,风对结构(桥梁与列车)的作用及作用在桥梁与列车上的风荷载的计算也是非常复杂的空气动力学问题。风-车-线-桥系统是在轨道不平顺、随机脉动风场、轮对蛇行运动和桥跨布置激励下的时变系统,涉及知识面广,是多学科、多方向的交叉。
借鉴国内外现行桥梁抖振时域分析方法,目前仍然采用计算机进行模拟求解:
(1)忽略列车高速通过桥梁时引起的列车风与自然风的相互耦合作用,将自然风作用在列车与桥梁上的荷载(包括静风荷载、脉动风荷载与自激力)作为车桥系统的外荷载,按前述车桥动力仿真分析理论来考虑风-车-桥耦合振动问题。(www.daowen.com)
(2)根据桥址风速谱,针对大跨度桥梁的特点,通过数字模拟的方法获得考虑空间相关特性的风速场(为简便起见,一般只考虑沿桥跨方向的水平脉动风速场)。
(3)通过风洞试验,测试在有车和无车情况下结构的气动参数(包括桥梁与列车);在没有风洞试验结果的情况下,可参照类似桥梁的风洞试验结果。
(4)根据结构的气动参数来计算作用在桥梁与列车上的风荷载。
(5)将上述风荷载作为车桥系统的外荷载,在前述车桥动力仿真分析模型的基础上,将它们分别加到车辆运动方程与桥梁运动方程的右端项中,以此来考虑风-车-线-桥系统振动问题。
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