城市軌道交通U型梁系統(tǒng)結構受力行為研究.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物。北京城建設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)合國內科研院校經(jīng)過幾年的反復攻關設計、計算分析和試驗研究，研發(fā)出了具有自主知識產權的U型梁系統(tǒng)，并已經(jīng)在重慶軌道交通1號線得到應用。其具有環(huán)境友好、建筑景觀適應性好、全壽命建設和運營成本低、系統(tǒng)高效率集成等優(yōu)點。由于U型梁結構明顯區(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、，以及結構的安全性和耐久性;動力方面的車橋相互作用及環(huán)境振動影響研究在國內均處于空白。本文在總結和吸收前人研究成果的基礎上，針對我國首次應用的城市軌道交通U型梁系統(tǒng)，主要進行了以下幾個方面的研究工作:
　　 1、國內首次進行了U型梁結構靜載試驗和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倍設計彎矩作用下抗裂性能、跨中橋道板局部加載、在2.5倍設計荷載作用下橋梁結構的極限抗彎強度

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上，針對后期工程提出了U型梁軌道交通系統(tǒng)相應的設計、施工建議。
　　 2、針對U型梁軌道交通系統(tǒng)特殊的結構形式，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型梁剪力滯效應和結構敏感性問題，從結構形式、加載方式等方面對結構進行了數(shù)值模擬和影響因素分析。
　　 3、根據(jù)車輛動力學原

4、理，運用Lagrange方程推導了并建立31個自由度的車輛整體動力學空間模型;然后基于離散系統(tǒng)的Hamilton原理推導了U型梁結構動力方程的有限元表達式。在借鑒前人研究成果的基礎上，對U型梁軌道交通系統(tǒng)的激勵源、輪軌接觸幾何關系和接觸力學進行了詳細推導和模擬;并通過輪軌接觸關系聯(lián)系起車輛和橋梁兩個子系統(tǒng)，構成了車橋耦合振動的空間模型。采用動靜剛度結合的方法，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

5、構參數(shù)、機車結構參數(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，從時域的結構敏感性和頻域的隨機振動(PSD)分析兩方面入手，運用所編計算程序對U型梁軌道交通系統(tǒng)車橋動力響應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，