車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)的影響

唐德發(fā)，吳夢(mèng)雪，徐昕宇，張鈔奕，李永樂

(1.西南石油大學(xué)土木工程與測(cè)繪學(xué)院,成都 610500; 2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031; 3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

引言

車輪多邊形磨耗也叫做車輪諧波磨耗,是車輪踏面在圓周方向出現(xiàn)的波形磨耗,廣泛存在于鐵路運(yùn)輸現(xiàn)場[1-4],但目前對(duì)其形成機(jī)理尚缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。車輪多邊形磨耗會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生高頻振動(dòng)以及更大的輪軌沖擊力。這種高頻振動(dòng)可能造成車輛和軌道零部件的損壞,還會(huì)通過軌道傳遞至橋梁結(jié)構(gòu),對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞性能造成影響。而輪軌沖擊力的增大以及車輪多邊形磨耗引起的滾動(dòng)噪聲將會(huì)嚴(yán)重降低列車行駛安全性和旅客乘坐舒適性。因此,車輪多邊形磨耗研究一直受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

在車輪多邊形磨耗成因方面,趙曉男等[5-6]研究發(fā)現(xiàn),輪軌間蠕滑力飽和引起的摩擦自激振動(dòng)、列車制動(dòng)滑動(dòng)易引發(fā)車輪多邊形磨耗;金學(xué)松等[7-8]詳細(xì)研究了高速列車車輪多邊形磨耗的形成機(jī)理、影響和控制措施;康熙等[9]根據(jù)現(xiàn)場測(cè)試和多體動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果研究了高速列車車輪偏心磨耗的形成機(jī)理與發(fā)展規(guī)律。在車輪多邊形磨耗對(duì)列車動(dòng)力響應(yīng)的影響方面,羅仁等[10]考慮輪對(duì)的彎曲變形,研究了車輪多邊形磨耗對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)車輪多邊形磨耗使輪軌垂向力顯著增大,但對(duì)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性影響不大;張潔娟等[11]通過分析車輪多邊形磨耗對(duì)某高速動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律發(fā)現(xiàn),車輪多邊形磨耗對(duì)列車垂向振動(dòng)響應(yīng)的影響更為顯著;吳磊等[12]通過建立直線電機(jī)列車-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型,分析了不同磨耗程度車輪對(duì)輪軌法向力和脫軌系數(shù)的影響;王憶佳等[13]采用車輪圓周輪廓法建立了車輪多邊形磨耗模型,計(jì)算了高速運(yùn)營狀態(tài)下周期性車輪多邊形磨耗對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響,以輪軌垂向力為指標(biāo)劃定了車輪多邊形磨耗的安全區(qū)域;WU等[14-15]和胡曉依等[16-17]的研究表明,與剛性輪軌相比,柔性輪軌加速了車輪多邊形磨耗的發(fā)展,使列車-軌道耦合系統(tǒng)產(chǎn)生更大的振動(dòng)響應(yīng);劉歡[18]利用SIMPACK建立了列車-軌道的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型,研究了典型車輪多邊形磨耗階次、幅值和運(yùn)行速度對(duì)輪軌力和振動(dòng)響應(yīng)的影響。在車輪多邊形磨耗噪聲影響方面,韓鐵禮等[19]通過跟蹤測(cè)試車輪多邊形發(fā)展和轉(zhuǎn)向架區(qū)域振動(dòng)噪聲,研究了車輪多邊形磨耗對(duì)列車轉(zhuǎn)向架區(qū)域噪聲的影響規(guī)律。

上述對(duì)車輪多邊形磨耗的形成機(jī)理、對(duì)列車動(dòng)力響應(yīng)影響規(guī)律等研究均針對(duì)列車-軌道耦合系統(tǒng),還未有文獻(xiàn)在車橋耦合系統(tǒng)中考慮車輪多邊形磨耗的影響。此外,在上述研究中有部分未考慮軌道不平順的作用,這與列車實(shí)際的運(yùn)營狀態(tài)不符。當(dāng)列車以一定速度通過橋梁時(shí),列車質(zhì)量沿橋跨的移動(dòng)會(huì)改變橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性,由于軌道不平順、機(jī)車車輛質(zhì)量的不完全對(duì)中、各部件制造的不準(zhǔn)確以及輪軌缺陷等因素,運(yùn)動(dòng)的車輛、軌道、橋梁會(huì)發(fā)生耦合振動(dòng)[20]。而車輪多邊形磨耗所產(chǎn)生的振動(dòng)可能使橋梁的振動(dòng)更加劇烈,而橋梁振動(dòng)又反過來對(duì)車輛和軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生影響,使橋上列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性以及橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營的安全性進(jìn)一步惡化。因此,對(duì)車輪多邊形磨耗作用下車橋耦合振動(dòng)的規(guī)律展開研究,為保障橋上列車的安全、平穩(wěn)運(yùn)行以及橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營提供參考。

1 車橋耦合動(dòng)力學(xué)模型

1.1 列車多體動(dòng)力學(xué)模型

基于多體動(dòng)力學(xué)理論,以國內(nèi)某高速列車拖車車輛為原型,運(yùn)用專業(yè)的多體動(dòng)力學(xué)分析軟件SIMPACK建立了相應(yīng)的多體動(dòng)力學(xué)模型。模型中車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)、軸箱等均考慮為剛體。列車的一、二系減振器采用彈簧阻尼元件進(jìn)行模擬,并考慮了減振器的非線性特性。列車主要參數(shù)如表1所示。

表1 列車模型主要參數(shù)Table 1 Main parameters of train model

1.2 橋梁、軌道有限元模型

用有限元分析軟件ANSYS分別建立文獻(xiàn)[21]中國內(nèi)某高速鐵路單跨32 m雙線簡支梁橋和CHN60型鋼軌的有限元模型,單元類型均采用Beam188單元。考慮列車在橋梁左線行駛。軌道為CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,假定軌道板與橋梁連接牢靠,不對(duì)軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)做貢獻(xiàn),將道床板視為橋梁的參振質(zhì)量,按二期恒載施加于主梁上。具體截面和材料參數(shù)分別如圖1和表2所示。

圖1 箱梁截面(單位:mm)Fig.1 Box girder section(unit: mm)

表2 橋梁、鋼軌和扣件主要參數(shù)Table 2 Main parameters of bridge, rail and fastener

多體動(dòng)力學(xué)分析軟件SIMPACK與有限元軟件聯(lián)合仿真主要通過讀取有限元模型的質(zhì)量、剛度、阻尼以及模態(tài)矩陣實(shí)現(xiàn),并通過模態(tài)綜合法計(jì)算有限元模型的動(dòng)力響應(yīng)[22]。采用Guyan模態(tài)縮減法對(duì)橋梁有限元模型進(jìn)行子結(jié)構(gòu)分析,生成SIMPACK能識(shí)別的結(jié)果文件,在不影響計(jì)算精度的情況下,盡量縮減模型的自由度。ANSYS得到的橋梁模態(tài)和橋梁導(dǎo)入SIMPACK后的模態(tài)對(duì)比如表3所示,限于篇幅,本文僅給出了3階車輪多邊形磨耗對(duì)應(yīng)頻率附近的高階模態(tài)來驗(yàn)證ANSYS模態(tài)縮減結(jié)果的正確性,其中簡支梁橋主梁和橋墩的橫向彎曲模態(tài)如圖2所示。

圖2 主梁和橋墩的橫向彎曲Fig.2 Lateral bending of main girder and piers

表3 高階模態(tài)信息對(duì)比 HzTable 3 Comparison of high-order modal information

從表3可以發(fā)現(xiàn),ANSYS模態(tài)分析結(jié)果與導(dǎo)入SIMPACK后的橋梁模態(tài)誤差最大不超過0.25%,即自由度縮減后的模型不會(huì)影響計(jì)算精度,表明橋梁有限元模型的主自由度選擇合理。

1.3 車橋耦合模型

建立車橋耦合模型的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)列車和橋梁作用力的耦合。利用SIMPACK自帶的柔性軌道模塊,實(shí)現(xiàn)列車和鋼軌之間作用力的耦合,進(jìn)一步完成輪軌接觸設(shè)置,從而建立列車-鋼軌耦合模型。其中輪軌法向力采用Hertz理論計(jì)算,蠕滑力則采用FASTSIM算法求得。然后,通過彈簧阻尼力元模擬鋼軌扣件實(shí)現(xiàn)鋼軌和簡支梁橋的連接,而橋墩和地面的連接則用大剛度彈簧模擬固結(jié)約束。為驗(yàn)證本文模型建立方法的正確性,以車速250 km/h過橋?yàn)槔?對(duì)比了ANSYS靜力過橋瞬態(tài)分析與SIMPACK車橋耦合振動(dòng)分析時(shí)橋梁跨中豎向最大位移,結(jié)果如表4所示。

表4 計(jì)算結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of calculation results

由表4可知,ANSYS靜力過橋瞬態(tài)分析與SIMPACK車橋耦合振動(dòng)分析的計(jì)算結(jié)果吻合較好,證明了本文中模型建立方法的正確性。車橋耦合模型如圖3所示。

圖3 車橋耦合模型Fig.3 Rail vehicle-bridge coupling model

2 車橋耦合系統(tǒng)的輸入激勵(lì)及其影響規(guī)律

2.1 車輪多邊形磨耗

車輪多邊形磨耗是車輪圓周在不均勻磨耗等因素作用下形成的周期性輪徑偏差,可由式(1)的傅里葉級(jí)數(shù)形式表示[3]。

(1)

式中,ΔR(β)為輪徑偏差;Ai為第i階車輪多邊形幅值;βi為第i階車輪多邊形初始相位角。

理想的列車車輪即使剛經(jīng)過鏇修或在鏇修后較短的運(yùn)行里程內(nèi),都有可能被檢測(cè)出初始多邊形磨耗[7]。1階車輪多邊形磨耗是由車輪安裝或加工造成的偏心,3階車輪多邊形磨耗是由制造過程中三角爪固定方式造成的三角化,2階和4階車輪多邊形磨耗分別表示車輪的橢圓化和四邊化[13]。這種初始車輪多邊形磨耗會(huì)隨著列車運(yùn)行里程增加而發(fā)展。而初始低階車輪磨耗產(chǎn)生的振動(dòng)頻率相對(duì)較低,更加接近簡支梁橋的振動(dòng)頻率,將會(huì)對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)產(chǎn)生更大的影響。因此,本文主要探究低階的初始車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的影響規(guī)律。車輪多邊形磨耗在SIMPACK中用非恒定半徑的車輪進(jìn)行模擬,即車輪的公稱半徑隨車輪旋轉(zhuǎn)角度而變化,通過Untrueness模塊完成設(shè)置。圖4展示了1～4階車輪多邊形磨耗的極坐標(biāo)示意。

圖4 車輪多邊形磨耗示意Fig.4 Diagram of polygon wear of wheels

2.2 軌道不平順

軌道不平順是由于在鐵路線路的平直段,鋼軌并不是呈理想的平直狀態(tài),兩根鋼軌在高低和左右方向相對(duì)于理想的平直軌道存在偏差,這種幾何參數(shù)的偏差即為軌道不平順。我國高速鐵路總體技術(shù)條件建議對(duì)列車進(jìn)行平穩(wěn)性分析時(shí)使用德國高速線路軌道譜。因此,本文的軌道不平順譜選用適用于高速鐵路線路的德國低干擾譜,采用三角級(jí)數(shù)法對(duì)高低不平順、方向不平順和水平不平順的不平順序列進(jìn)行模擬,原理如式(2)所示。

(2)

式中,f(x)為模擬得到的軌道不平順序列;S(ωk)為功率譜密度函數(shù);ωk為軌道不平順的空間頻率;φk為第k個(gè)頻率的相位,是獨(dú)立均布于0～2π的隨機(jī)數(shù)。

由三角級(jí)數(shù)法模擬得到的垂向軌道不平順功率譜密度與德國低干擾譜吻合較好,如圖5所示。

圖5 模擬譜與目標(biāo)譜垂向不平順對(duì)比Fig.5 Vertical irregularity comparison of simulated spectrum with target spectrum

2.3 不同輸入激勵(lì)對(duì)耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響

為分析車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的影響,對(duì)比了僅以軌道不平順作為輸入激勵(lì)時(shí)和同時(shí)把軌道不平順和車輪多邊形磨耗(階數(shù)為3階,幅值為0.04 mm)作為輸入激勵(lì)時(shí)耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的差異。列車的平穩(wěn)性指標(biāo)、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的豎向位移如分別圖6、圖7所示,其中鋼軌中點(diǎn)是指橋梁跨中位置處對(duì)應(yīng)的鋼軌節(jié)點(diǎn),后文的鋼軌測(cè)點(diǎn)均為該位置。

圖6 列車平穩(wěn)性指標(biāo)對(duì)比Fig.6 Comparison of train stability index

圖7 橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)豎向位移Fig.7 Vertical displacements at mid-span of bridge and rail

由圖6可知,車輪多邊形磨耗對(duì)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性幾乎無影響,這是因?yàn)檐囕喍噙呅文ズ牡念l率一般較高,超出了列車平穩(wěn)性指標(biāo)敏感范圍,與文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[13]結(jié)果一致。由圖7可知,橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的豎向位移隨列車運(yùn)行速度的提升總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)但并非單調(diào)遞增,車輪多邊形磨耗對(duì)橋梁跨中豎向位移幾乎無影響,但會(huì)使鋼軌中點(diǎn)豎向位移略微增大。

列車以200 km/h速度運(yùn)行時(shí),不同輸入激勵(lì)作用下列車的輪重減載率、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的振動(dòng)加速度分別如圖8～圖12所示。

圖8 輪重減載率對(duì)比Fig.8 Comparison of the wheel unloading rate

圖9 橋梁跨中橫向加速度響應(yīng)對(duì)比Fig.9 Comparison of lateral acceleration response at mid-span of bridge

圖10 橋梁跨中豎向加速度響應(yīng)對(duì)比Fig.10 Comparison of vertical acceleration response at mid-span of bridge

圖11 鋼軌中點(diǎn)橫向加速度響應(yīng)對(duì)比Fig.11 Comparison of lateral acceleration responce at mid-span of rail

圖12 鋼軌中點(diǎn)豎向加速度響應(yīng)對(duì)比Fig.12 Comparison of vertical acceleration responce at mid-span of rail

由圖8～圖12可知,輪重減載率在僅具有軌道不平順時(shí)的最大值為0.31,而有車輪多邊形磨耗共同作用時(shí)的最大值為0.52。相對(duì)于僅具有軌道不平順作用時(shí)的工況,車輪多邊形磨耗使得列車的輪重減載率最大值增大了67.7%,這將降低列車運(yùn)行的安全性。有車輪多邊形磨耗共同作用時(shí),橋梁跨中的橫向和豎向振動(dòng)加速度最大值分別為僅具有軌道不平順作用時(shí)的2.74倍和2.27倍,橋梁的振動(dòng)加速度顯著增大。車輪多邊形磨耗還使鋼軌中點(diǎn)的橫向和豎向振動(dòng)加速度最大值相對(duì)于僅具有軌道不平順作用時(shí)分別增大了26.4%和85.4%。由圖12可以發(fā)現(xiàn),鋼軌中點(diǎn)的豎向加速度由于車輪達(dá)到時(shí)間的不同存在4個(gè)明顯的峰值。綜上所述,車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)影響顯著,針對(duì)車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律展開研究是十分有必要的。

3 車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的影響規(guī)律研究

軌道不平順激勵(lì)是隨機(jī)的,這也使得車橋耦合系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)是典型的隨機(jī)過程。隨機(jī)軌道不平順即使疊加了車輪多邊形磨耗,車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果也僅是隨機(jī)過程的一次實(shí)現(xiàn),只代表車橋系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)的某一個(gè)樣本。為詳細(xì)探究車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的影響規(guī)律,對(duì)比分析了不同階數(shù)、幅值的車輪多邊形磨耗和相同軌道不平順共同作用下,車橋耦合系統(tǒng)的列車輪重減載率、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的橫向和豎向振動(dòng)加速度等指標(biāo)的變化規(guī)律。

3.1 車輪多邊形磨耗幅值的影響

為探究車輪多邊形磨耗幅值對(duì)車橋耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律,設(shè)定列車運(yùn)行速度為200 km/h,車輪多邊形磨耗階數(shù)為3階、幅值為0.02～0.08 mm,得到的耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果如圖13～圖17所示。

圖13 不同幅值磨耗作用下列車輪重減載率響應(yīng)Fig.13 Wheel unloading rate response with different amplitudes of polygon wear of wheels

圖14 不同幅值磨耗作用下橋梁跨中橫向加速度響應(yīng)Fig.14 Lateral acceleration responce at mid-span of bridge with different amplitudes of polygon wear of wheels

圖15 不同幅值磨耗作用下橋梁跨中豎向加速度響應(yīng)Fig.15 Vertical acceleration responce at mid-span of bridge with different amplitudes of polygon wear of wheels

圖16 不同幅值磨耗作用下鋼軌中點(diǎn)橫向加速度響應(yīng)Fig.16 Lateral acceleration responce at mid-span of rail with different amplitudes of polygon wear of wheels

圖17 不同幅值磨耗作用下鋼軌中點(diǎn)豎向加速度響應(yīng)Fig.17 Vertical acceleration responce at mid-span of rail with different amplitudes of polygon wear of wheels

由圖13～圖17可知,隨著車輪多邊形磨耗幅值增大,列車輪重減載率、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的振動(dòng)加速度增大;車輪多邊形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm,使列車的輪重減載率增大了76.5%,鋼軌中點(diǎn)的橫向和豎向加速度最大值分別增大了47.3%和83.1%;而車輪多邊形磨耗幅值為0.08 mm時(shí),橋梁跨中的橫向和豎向加速度最大值是幅值為0.02 mm時(shí)的2.76倍和2.42倍。隨著列車運(yùn)營里程增加,車輪多邊形磨耗的幅值也將隨之增加,這將使得車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)更加劇烈,甚至可能會(huì)威脅到行車安全。

3.2 車輪多邊形磨耗階數(shù)的影響

為探究車輪多邊形磨耗階數(shù)對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的影響,把1～4階車輪多邊形磨耗和軌道不平順作為系統(tǒng)的輸入激勵(lì),列車運(yùn)行速度為200 km/h,車輪多邊形磨耗幅值為0.04 mm。列車輪重減載率、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的橫向和豎向振動(dòng)加速度分別如圖18～圖22所示。

圖18 不同階數(shù)磨耗作用下列車輪重減載率響應(yīng)Fig.18 Wheel unloading rate responce with different orders of polygon wear of wheels

由圖18～圖22可知,隨著車輪多邊形磨耗階數(shù)增加,列車輪重減載率、橋梁跨中和鋼軌中點(diǎn)的振動(dòng)加速度均隨之增大。4階車輪多邊形磨耗作用時(shí),列車輪重減載率最大值、橋梁跨中豎向加速度最大值、鋼軌中點(diǎn)的橫向和豎向加速度最大值分別為1階車輪多邊形磨耗作用時(shí)的2.16倍、4.89倍、1.82倍和2.7倍。特別地,由圖19可知,3階車輪多邊形磨耗作用下橋梁跨中的橫向加速度增大顯著,甚至遠(yuǎn)大于4階車輪多邊形磨耗作用下的振動(dòng)響應(yīng)。對(duì)3階車輪多邊形磨耗作用下的輪軌作用力和橋梁跨中橫向加速度響應(yīng)進(jìn)行頻域分析,結(jié)果如圖23和圖24所示。

圖19 不同階數(shù)磨耗作用下橋梁跨中橫向加速度響應(yīng)Fig.19 Lateral acceleration responce at mid-span of bridge with different orders of polygon wear of wheels

圖20 不同階數(shù)磨耗作用下橋梁跨中豎向加速度響應(yīng)Fig.20 Vertical acceleration responce at mid-span of bridge with different orders of polygon wear of wheels

圖21 不同階數(shù)磨耗作用下鋼軌中點(diǎn)橫向加速度響應(yīng)Fig.21 Lateral acceleration responce at mid-span of rail with different orders of polygon wear of wheels

圖22 不同階數(shù)磨耗作用下鋼軌中點(diǎn)豎向加速度響應(yīng)Fig.22 Vertical accelerations at mid-span of rail with different orders of polygon wear of wheels

圖23 輪軌作用力頻域分析結(jié)果Fig.23 Frequency domain analysis results of wheel-rail force

圖24 橋梁跨中橫向加速度頻域分析結(jié)果Fig.24 Frequency domain analysis results of lateral accelerations at mid-span of bridge

由圖23和圖24可知,3階車輪多邊形磨耗引發(fā)的列車輪軌作用力頻率為61.57 Hz,和橋梁跨中橫向加速度響應(yīng)的峰值頻率相同。而該簡支梁橋在61Hz頻率附近存在橫向振動(dòng)模態(tài)(表3和圖2)。因此,可以認(rèn)為3階車輪多邊形磨耗引發(fā)的橋梁振動(dòng)頻率和橋梁的橫向自振頻率相近,從而引發(fā)橋梁橫向共振,使得橋梁橫向加速度顯著增大。綜上所述,高階車輪多邊形磨耗引起的車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)更大,但某些階數(shù)的車輪多邊形磨耗可能引發(fā)橋梁共振使得橋梁的振動(dòng)響應(yīng)顯著放大,可能對(duì)車橋耦合系統(tǒng)安全性和結(jié)構(gòu)耐久性造成影響。

4 結(jié)論

為探究車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律,為保障具有車輪多邊形磨耗的高速列車安全運(yùn)營提供參考。首先,基于ANSYS和SIMPACK聯(lián)合仿真的方法建立了車橋耦合模型;然后,以不同輸入激勵(lì)研究了車輪多邊形磨耗對(duì)耦合系統(tǒng)的影響程度;最后,探究了不同幅值、階數(shù)的車輪多邊形磨耗和軌道不平順共同作用時(shí)車橋耦合系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律,得出如下結(jié)論。

(1)車輪多邊形磨耗對(duì)車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)影響顯著。3階車輪多邊形磨耗使車輪輪重減載率最大值增大67.7%,嚴(yán)重降低了列車運(yùn)行的安全性,也使橋梁跨中橫向和豎向加速度最大值分別增大2.74倍和2.27倍。

(2)車輪多邊形磨耗幅值增大使車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)顯著增大。車輪多邊形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm時(shí),列車輪重減載率、橋梁跨中橫向和豎向加速度、鋼軌中點(diǎn)橫向和豎向加速度分別增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%。隨著列車運(yùn)營里程增加,車輪多邊形磨耗幅值將隨之增加,這可能會(huì)使得車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)進(jìn)一步加劇,降低列車運(yùn)行的安全性和橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

(3)車輪多邊形磨耗階數(shù)增加也會(huì)使車橋耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)顯著增大。車輪多邊形磨耗階數(shù)由1階增大至4階時(shí),列車輪重減載率、橋梁跨中豎向加速度、鋼軌中點(diǎn)橫向和豎向加速度分別增加116%、389%、82.0%和170%。特別地,列車以200 km/h速度運(yùn)行時(shí),3階車輪多邊形磨耗引發(fā)橋梁橫向共振使得橋梁跨中橫向加速度顯著增大,是4階車輪多邊形磨耗作用時(shí)的2.74倍。