基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

朱志辉 徐智伟 程玉莹 王力东 蔡成标

摘要：为研究列车一大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题，提出了基于车一桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型，并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程；列车采用31自由度刚体动力学模型，轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力；利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406 m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象，开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析，研究了桥梁整体和局部动力响应，以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明：正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁；大跨度斜拉桥的动力系数较小，受车速和轨道不平顺谱的影响较小；鋼桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态，在疲劳性能研究中需要特别关注；设计速度条件下，桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.

关键词：车一桥耦合振动；铁路斜拉桥；有限单元法；轮轨接触；动力响应