城市軌道交通U型梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力行為研究.pdf

1、U型梁系統(tǒng)是槽型梁在城市軌道交通中演化出的一種新產(chǎn)物。北京城建設(shè)計研究總院在南京地下鐵道集團有限責任公司和重慶市軌道交通（集團）有限公司的支持下，聯(lián)合國內(nèi)科研院校經(jīng)過幾年的反復(fù)攻關(guān)設(shè)計、計算分析和試驗研究，研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的U型梁系統(tǒng)，并已經(jīng)在重慶軌道交通1號線得到應(yīng)用。其具有環(huán)境友好、建筑景觀適應(yīng)性好、全壽命建設(shè)和運營成本低、系統(tǒng)高效率集成等優(yōu)點。由于U型梁結(jié)構(gòu)明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的箱梁和T梁，其靜力方面的剛度、抗裂性和極限承載能力

2、，以及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性;動力方面的車橋相互作用及環(huán)境振動影響研究在國內(nèi)均處于空白。本文在總結(jié)和吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，針對我國首次應(yīng)用的城市軌道交通U型梁系統(tǒng)，主要進行了以下幾個方面的研究工作:
　　 1、國內(nèi)首次進行了U型梁結(jié)構(gòu)靜載試驗和600萬次疲勞加載試驗。靜載試驗主要包括跨中截面最大彎矩加載、支座附近截面最大剪力加載、1.2倍設(shè)計彎矩作用下抗裂性能、跨中橋道板局部加載、在2.5倍設(shè)計荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的極限抗彎強度

3、試驗;疲勞實驗主要包括600萬次橫向疲勞加載試驗，以及600萬次疲勞實驗后的剪力、彎矩、抗裂和破壞性能實驗。并在試驗研究成果的基礎(chǔ)上，針對后期工程提出了U型梁軌道交通系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)計、施工建議。
　　 2、針對U型梁軌道交通系統(tǒng)特殊的結(jié)構(gòu)形式，采用大型通用有限元程序ANSYS建立了空間分析模型。重點對U型梁剪力滯效應(yīng)和結(jié)構(gòu)敏感性問題，從結(jié)構(gòu)形式、加載方式等方面對結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬和影響因素分析。
　　 3、根據(jù)車輛動力學(xué)原

4、理，運用Lagrange方程推導(dǎo)了并建立31個自由度的車輛整體動力學(xué)空間模型;然后基于離散系統(tǒng)的Hamilton原理推導(dǎo)了U型梁結(jié)構(gòu)動力方程的有限元表達式。在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，對U型梁軌道交通系統(tǒng)的激勵源、輪軌接觸幾何關(guān)系和接觸力學(xué)進行了詳細推導(dǎo)和模擬;并通過輪軌接觸關(guān)系聯(lián)系起車輛和橋梁兩個子系統(tǒng)，構(gòu)成了車橋耦合振動的空間模型。采用動靜剛度結(jié)合的方法，編制了車橋耦合大系統(tǒng)的數(shù)值計算程序。
　　 4、從列車運行速度、橋梁結(jié)

5、構(gòu)參數(shù)、機車結(jié)構(gòu)參數(shù)、軌道不平順、隨機振動等各方面，以重慶軌道交通1號線單跨30m小U梁為研究對像，從時域的結(jié)構(gòu)敏感性和頻域的隨機振動(PSD)分析兩方面入手，運用所編計算程序?qū)型梁軌道交通系統(tǒng)車橋動力響應(yīng)進行了全面的研究和比較分析。
　　 5、針對城市軌道交通U型梁的車橋動力響應(yīng)帶來的環(huán)境振動問題，以重慶軌道交通1號線U型梁工程為實例，研究了車橋耦合振動在土體中引起振動的傳播規(guī)律，以及該振動對周邊建筑物的影響。在研究過程中，