基于随机振动模型的重载铁路拱桥吊杆应力冲击系数研究

朱志辉　赵婷婷　王力东　徐洪权　余志武

摘要：为研究重载列车动力荷载作用下大跨度中承式拱桥吊杆的应力冲击系数问题，提出了基于车一线一桥耦合动力学和虚擬激励法的吊杆随机动应力分析方法。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量一弹簧一阻尼系统车辆模型；采用有限元方法建立轨道一桥梁有限元模型；基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车一轨道一桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加，将非平稳随机振动问题转化为确定性的时间历程问题，建立了列车一轨道一桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该模型，以蒙华重载铁路某中承式拱桥为研究对象，研究了不同位置吊杆应力冲击系数的不均匀性，并分析了车速和轨道不平顺等级对吊杆应力冲击系数的影响规律。结果表明：吊杆动应力均方根峰值和应力冲击系数受轨道随机不平顺激励和车速的影响显著，并均随着轨道不平顺等级的降低而增大；吊杆最大动应力均值受车速影响较小。