進站人行天橋在正線列車復雜激勵下的性態(tài)研究及其控制.pdf

1、進站人行天橋作為旅客分流、保障人員進站安全的一項基礎設施，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生的列車風荷載和地基振動的強烈作用，進站人行天橋振動非常明顯，嚴重影響其安全性、舒適性和耐久性，此外列車的頻繁運行對它的反復加載作用也會影響其服役壽命。鑒于此類橋梁已經建成，如果能采用一定的方法或技術手段抑制由于正線列車高速通過時所產生的大幅振動并保證其舒適性和延

2、長其服役時間，這對于保證進站人行天橋的正常使用和特大事故的預防，具有一定的經濟價值和社會價值。由此可見，研究正線列車高速通過進站人行天橋下方所產生的動力響應及其抑制手段、增加其舒適性和延長服役時間對于保證結構自身安全和正常使用，減輕國民經濟損失和人員傷亡十分必要。
　　基于此，本文以株州西站進站人行天橋為工程背景，采用理論與實踐相結合的研究思路，對正線列車高速通過進站人行天橋時的荷載模擬、動力響應分析、進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行了深入系統(tǒng)的研究。本文主要研究內容及結論為：
　　（1）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，利用CFD前處理軟件GAMBIT建立包含高速列車、跨線天橋、站臺等關鍵研究目標的計算模型并劃分網格。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)列車風風場特性及作用在相關結構上的風荷載效應。
　　（2）以軌道不平順為激勵，利用

4、已有的列車—軌道系統(tǒng)耦合動力學分析二維模型，并結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站人行天橋的動力響應。
　?。?）同時考慮列車風荷載和環(huán)境振動荷載兩因素的影響，推導出在列車風荷載和環(huán)境振動荷載作用下的進站人行天橋的非一致激勵分析的運動學方程。并對該橋的動力響應進行分析，同時與不考慮環(huán)境振動情況下的進站人行天

5、橋的動力響應進行了對比分析，研究結果表明進站人行天橋在正線列車高速通過時受到風荷載和環(huán)境振動的共同作用，其振動響應主要以風荷載為主，環(huán)境振動則對其振動響應有一定影響。
　?。?）參照國際ISO2631/2-1989標準并結合國際標準ISO10137的相關規(guī)定，對基準線的放大系數(shù)進行了合適的選取，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過人行天橋時危險點處的應力或應變時程分量，采用相應的疲勞破壞準則及根據Ma

6、nson-Conffin公式所推導出的的疲勞抗力方程，確定出正線列車高速通過進站人行天橋的服役壽命。研究結果表明進站人行天橋在正線列車高速通過時的振動響應較大，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)對進站人行天橋在高速列車通過時的振動響應抑制進行研究。建立了設置TMD和MR-TMD系統(tǒng)的進站人行天橋在列車風和環(huán)境誘發(fā)振動作用下進

7、站人行天橋的智能控制方法，并將其運用到株州西站進站人行天橋上，得到控制后的進站人行天橋的動力響應，并對控制后其舒適度和耐久性再次進行分析。研究結果表明采用MR-TMD系統(tǒng)和TMD系統(tǒng)都能控制進站人行天橋的動力響應，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。
　　根據本文的研究內容和關鍵科學問題，主要創(chuàng)新點如下：
　?。?）分析在同時考慮列車風荷載和環(huán)境振動共同作用下，對進站人行天橋的動力