基于精細有限元法的車致大跨度斜拉橋整體及局部振動研究

朱志輝 徐智偉 程玉瑩 王力東 蔡成標

摘要：為研究列車一大跨度板桁結構斜拉橋耦合振動引起的整體與局部振動響應問題，提出了基于車一橋耦合動力學的數值分析方法.首先建立橋梁結構精細化三維有限元模型，并由直接剛度法建立橋梁子系統動力方程；列車采用31自由度剛體動力學模型，輪軌之間分別采用赫茲非線性接觸模型和非線性蠕滑力模型計算法向力和蠕滑力；利用自主開發軟件TRBF-DYNA開展車橋耦合系統加速度、動位移以及動應力分析.以主跨406 m的三塔斜拉橋荊岳鐵路洞庭湖大橋為研究對象，開展了不同行車線路、不同車速以及不同軌道不平順條件下的耦合系統動力響應分析，研究了橋梁整體和局部動力響應，以及列車運行安全性指標和乘坐舒適性指標的變化規律.結果表明：正交異性鋼橋面板的局部動力響應遠大于鋼桁架主梁；大跨度斜拉橋的動力系數較小，受車速和軌道不平順譜的影響較小；鋼桁架主梁下弦桿和腹桿處于高周疲勞應力工作狀態，在疲勞性能研究中需要特別關注；設計速度條件下，橋梁動力響應指標以及列車運行安全性和舒適性指標均滿足規范要求.

關鍵詞：車一橋耦合振動；鐵路斜拉橋；有限單元法；輪軌接觸；動力響應