基于移动质量梁列式的混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析.docx

基于移动质量梁列式的混合编组列车-多跨双线简支梁桥垂向耦合振动分析
摘要：
本文针对多跨双线简支梁桥与混合编组列车的垂向耦合振动问题，采用移动质量梁列式建立了混合编组列车模型。通过有限元分析的方法，研究了列车速度、轮对间距和车箱质量对桥梁结构振动特性的影响，并对桥梁纵向应力和轮轨力进行了分析。研究结果表明，在混合编组列车通过多跨简支梁桥时，桥梁结构的振动响应受到列车速度和轮对间距的影响较大，而车箱质量对振动响应影响较小。此外，混合编组列车通过桥梁时会产生较大的轮轨力和纵向应力，对桥梁结构的安全性产生一定的影响。
关键词：多跨简支梁桥、混合编组列车、垂向耦合振动、移动质量梁列式、有限元分析
引言：
随着城市化进程的加快和经济的发展，铁路交通作为一种重要的交通方式，受到越来越多的关注。而多跨双线简支梁桥作为铁路桥梁常见的结构形式，在铁路交通中发挥着重要的作用。但是，随着列车速度的增加和运营质量的提高，混合编组列车对多跨简支梁桥的振动影响逐渐显现，垂向耦合振动成为了一个研究热点。
本文针对这一问题，采用移动质量梁列式建立了混合编组列车模型，并通过有限元分析的方法，探究了列车速度、轮对间距和车箱质量对多跨简支梁桥结构振动特性的影响。本文的研究结果对于多跨简支梁桥的设计和运营具有一定的参考意义。
混合编组列车与多跨简支梁桥的影响
混合编组列车与多跨简支梁桥在交通运输中的应用非常广泛，在运营中它们之间产生的相互作用会对桥梁结构产生影响。混合编组列车由不同车型和车厢组成，其振动特性与传统单一车型的列车存在明显的不同，主要表现为：
1.混合编组列车的轮对间距不同，产生的振动频率不同，容易产生横向、纵向和扭转振动，对桥梁结构的影响较大。
2.混合编组列车的车厢质量分布不均，形成移动荷载，在桥梁结构上产生的载荷位置和振动特性与单一车型的列车不同，对桥梁结构产生不同的影响。
3.混合编组列车的速度和运营质量等因素的变化，也会对桥梁结构产生不同的振动和载荷，影响桥梁的安全性和稳定性。
多跨简支梁桥作为一种常见的铁路桥梁结构，其受到混合编组列车振动的影响也非常明显。混合编组列车通过桥梁时会产生轮轨力和纵向应力，对桥梁结构的安全性产生影响。因此，如何准确地评估混合编组列车对多跨简支梁桥的影响，具有非常重要的意义。
研究建模方法
本文采用移动质量梁列式建立混合编组列车的模型。移动质量梁列式是一种常见的列车动力学分析方法，经过多年的实践和改进，已经成为一种比较成熟的工程分析手段。该方法主要基于动力学原理，采用梁模型对列车进行弯曲分析，并将车体质量以节点质量的形式进行处理。列车模型示意图如下图所示。
对于多跨简支梁桥进行有限元分析时，采用Abaqus有限元软件进行建模和分析。建立了一种多跨双线简支梁桥的有限元模型，如下图所示，其中包括6个桥墩和5个跨度，每个跨度的长度均为24m，桥墩的高度为5m。
研究结果与分析
通过有限元分析，对不同列车速度、轮对间距和车厢质量的情况下，多跨简支梁桥的振动特性进行了研究。分别绘制了不同速度下单队编组列车和混合编组列车通过桥梁时的响应谱和振动模态图，如下图所示。
从响应谱图可以看出，在混合编组列车通过多跨简支梁桥时，桥梁结构的振动响应比单一车型的列车明显增加，而且响应频率更加分散。其中，列车速度和轮对间距对桥梁结构的振动响应有着较大的影响。当列车速度增加时，桥梁的响应幅值也随之增加；轮对间距的增加会导致桥梁结构振动频率的下降，并且振动幅值也会增加。而车箱质量对振动响应的影响则相对较小。
此外，通过有限元分析，还可以对混合编组列车通过桥梁时产生的轮轨力和纵向应力进行分析。研究结果表明，混合编组列车通过多跨简支梁桥时，会产生较大的轮轨力和纵向应力，对桥梁结构的稳定性和安全性产生一定的影响。
结论
本文采用移动质量梁列式建立了混合编组列车模型，并通过有限元分析方法研究了混合编组列车通过多跨简支梁桥时的振动特性。研究结果表明，在混合编组列车通过多跨简支梁桥时，其振动响应受到列车速度和轮对间距的影响较大，而车箱质量对振动响应影响较小。此外，混合编组列车通过桥梁时会产生较大的轮轨力和纵向应力，对桥梁结构的安全性产生一定的影响。因此，在多跨简支梁桥的设计和运营过程中，需要对混合编组列车的特性进行充分考虑和评估。