1．目的及意义

目的及意义

随着我国国民经济的快速发展，交通运输工具在规模和技术上都有了快速的发展，并反过来为经济的发展注入了强大的动力。作为交通运输系统的大动脉，铁路起着举足轻重的作用。随着列车运行速度的提高、密度的增加、载重的加大，车辆与结构的相互作用问题越来越突出尤其是桥梁结构，它是高速铁路线上的重要的基础设施，在高速铁路上中占据着相当大的比例，而且具有跨度大、刚度小、受力面积小等特点。在受到动力冲击时，振动效应非常明显，而且反过来作用在车辆上，影响车辆运行的安全性和平稳性。所以对高速铁路车桥耦合振动问题进行研究是非常有必要的。

车桥耦合振动问题日益受到人们的重视，主要原因是列车通过桥梁时会引起桥梁的振动。这时桥梁同时承受静力作用、移动荷载以及车辆对桥梁的动力作用，这些力共同作用会使结构部件产生疲劳，降低其强度和稳定性，并且会对车辆运行造成影响。因此，车桥耦合问题在桥梁设计中占据着相当重要的地位，而且设计思路已经从过去适应于低速运营的静力设计转化为适应于高速运营的动力设计，综合考虑车桥间的共同作用，分析和研究桥上高速行驶列车的动力响应尤其是近几十年，随着高速铁路的出现和大跨度桥梁的发展，这个问题已成为桥梁振动领域中一个重要课题。

车桥耦合振动问题以分析力学的一般原理为基础，以振动理论为依据，融合了结构工程学、交通工程学、环境工程学、车辆动力学和轨道动力学等多个学科的内容，是一个交叉性很强的课题。车桥耦合问题主要研究车桥耦合系统在各种不同激励作用下的动力响应，弄清各种形式的车桥耦合动力作用的特征及其影响因素，进而寻求减振措施，以保证桥梁结构本身的安全性和列车的平顺和稳定性。

国内外研究现状

列车从路基上轨道驶经桥梁再到路基上轨道是一个列车、轨道及桥梁的动态相互作用过程。列车在土路基轨道上运行时,只涉及车辆与轨道的相互作用,而当列车在桥上运行时,就涉及车辆、轨道及桥梁之间的相互作用。另外,列车在进出桥的过程中还将受到轨下支承条件及线路变形的影响。因此,车线桥是一个相互作用、相互影响的耦合动力系统,其中轮轨关系和桥轨关系是车辆、轨道、桥梁之间相互作用的联系纽带。

列车和桥梁相互作用的研究已有近二百多年的历史了，主要起源铁路桥梁。人类自从建成第一条铁路以来，便开始了对列车与桥梁相互作用研究探索的漫长历史过程。

1849 年 Willis 提交了第一份关于桥梁振动研究的报告，导出了无质量梁在单个移动荷载下振动方程的近似解。G.Stokes则用级数解法得到方程的解析解。1887年, S.W.Ronbinson发表了一些桥梁振动测试结果及初步的理论分析。但由于上述模型没有考虑桥梁的质量,因此计算结果与实际情况有很大的差别。

20世纪初到30年代A.N.Krylov、C.E.Inglis等先后以机车重量及其动轮不平衡重的锤击力为激励源,在考虑桥梁质量的情况下,将列车荷载简化为移动的周期力或惯性力,研究了桥梁的竖向振动特性从理论上证实了车桥系统存在的“共振现象”。

1953年,前苏联学者用积分方程方法对同时考虑桥梁及活载质量的动力问题进行了比较严密的理论分析。1956年,K.Mise和S.Kunii等对C.E.Inglis的理论进行了补充和完善,提出了移动荷载作用下桥梁强迫振动响应的计算方法。1960年,R.K.wen假定桥梁的动静挠曲线相似,并考虑路面不平顺的情况,应用能量法研究了两轴车辆过桥的动力学问题,较以往的单轮或均布荷载模拟车辆有了很大的进步。日本于世纪六十年代中期开始研究悬索桥的车桥动力响应问题,模型中主要考虑了集中移动荷载和均布移动荷载的情况,得出了桥梁动力冲击系数的半经验半理论公式。

1964年至1972L.Fryba和J.M.Biggs等将车辆模拟成簧上及簧下质量,其中簧下质量与轨道保持接触,同时假定轨道不平顺为简谐函数,桥面系具有谐变弹簧刚度,通过建立微分方程采用数值方法求解已初步具有现代车桥振动分析的特点。