[摘要] 本文是建筑论文，建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生
本文是建筑论文，建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律、风水理念和美学法则创造的人工环境。（以上内容来自百度百科）今天硕博网为大家推荐一篇建筑论文，供大家参考。
第一章 绪论
1.1 研究的背景与意义
统计显示我国汽车保有量近 5 年来年均增长超过 1600 万量[1]，截止 2015 年全国汽车保有量已超过 1.75 亿辆，由此带来的城市交通问题愈发严重。对于此类情况，政府虽然相继出台了各类政策如：重点发展公共交通，增收小汽车的使用费，对私家车进行限号限行限购或者城市外迁等交通整治手段。然而效果并不明显，城市交通出行的舒适性，环保性，便捷性远远不够[2]。北京，广州这些特大城市在最初解决这个问题时也试图通过加修新路、增加立体交叉桥、铺设高架路等方式改善交通拥堵，虽初有成效但很快又被新增的小汽车淹没，道路交通状况依旧堪忧。国内大城市还存在交通事故频发的问题，统计资料显示我国大城市交通事故绝对量和交通事故与车辆数量之比，居世界第一。这就使得原本拥堵的交通环境进一步恶化。城市拥堵状况及历年交通事故数[3-4]，如图 1-1、图 1-2 所示。另一方面，小汽车增长造成交通拥堵频率增加、拥堵路段增多，给城市的经济发展以及居民的出行都造成了极大的影响。由于城市空间常常受到地域限制同时使用功能的需求大，目前解决城市交通问题普遍采用的方法是发展立体式交通，而城市桥梁结构就是城市立体式交通最重要的组成部分[5-7]。城市交通流量大且随机的由各类城市车辆混合行驶，具有很大的不确定性以及偶然性。但从城市交通车辆组成结构的统计分析以及城市道路桥梁的实际运营状况可以看出，城市桥梁具有以下特点[8]：城市桥梁的车辆间距通常都很小，且密集程度远高于一般的公路桥梁，因此，城市交通的拥堵路段很多发生在城市桥梁上；城市桥梁受到地域空间以及其他方面的限制，桥上车辆的运行速度通常都较慢，且桥面平整度通常偏高，因此城市桥梁的荷载冲击系数相对于公路桥梁要小许多；由于城市桥梁的交通量大，但车辆的运行速度比公路桥慢，因此城市桥梁与公路桥梁的车道折减系数的取值会有所不同；通常，城市中重车的行驶受到限制，相对少且只在某些时段和路段出现，另一方面又由于某些功能区域的划分以及城市限行等，城市桥梁受到的荷载相对稳定，但这也导致了城市中的某些路段会长期承受重荷载；城市桥梁的跨径一般较小，多为简支梁、连续梁或 T 型梁等。
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1.2 城市轨道交通发展及其桥梁研究现状
当前轨道交通模式众多，具有代表性的有：现代有轨电车、个人快速轨道交通、单轨交通、自动导向交通系统。目前世界上有 50 多个国家 300 多个城市正在修建、使用和规划有轨电车。法国巴黎等 10 多个城市早在上世纪就已投入使用有轨电车[14-16]；现今欧盟 27 国的现代有轨电车运营里程已超过 9000 公里；希腊雅典为迎接 2004 年奥运会专门修建了一条全长 26km 连接奥运主场馆的现代有轨电车[17]。我国也在积极的筹建现代有轨电车，天津滨海新区的第一条现代有轨电车于 2006 年通车；2009 年上海张江现代有轨电车正式运营；2011 年，北京西交线现代有轨电车正式开工建设；苏州高新区规划 14 条有轨电车线路，全长 18km。个人快速轨道交通，目前具有代表性为美国的 SkyTran，德国的 Cabin Taxi，Elan 悬挂式系统和韩国的 Vectus PRT，美国的 Skyweb Express 跨座式系统，以及丹麦悬挂路轨两用系统。我国对 PRT 的研究主要是北方工业大学的胡应平教授所提出的路轨两用悬挂式独轨交通系统。目前，单轨交通的技术较为成熟，在世界范围内多个城市例如美国拉斯维加斯、日本、悉尼、马来西亚吉隆坡等地建造的跨座式单轨，以及德国乌帕塔的悬挂式单轨。我国在 2006 年和 2010 年成功修建运营了两条跨座式单轨系统——重庆轨道交通 2 号线、重庆轨道交通 3 号线。自动导向交通系统——APM，美国坦帕国际机场于 1971 年修建 APM，是全世界第一个应用 APM 系统的机场。在我国，2008 年在北京首都国际机场修建了第一个 APM 系统；其次是 2010 广州珠江新城开通的全地下 APM。
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第二章 微型电车轨道交通模式
现今城市交通拥堵越来越严重，而这似乎已是城市发展必然会出现的问题。私人小汽车数量越来越多，导致不论是开私家车还是乘坐传统的公共交通工具出行，都要面临同样的交通状况——堵。由以往城市的建设经验可知，单纯的增加道路基础设施的建设不是解决问题的根本方法，最有效的是在时间与空间上改变交通的形式，使交通工具本身的通行效率得到改善。
2.1 分布式微型轨道交通模式的构建
现今城市严重的交通拥堵问题，迫使人们思考着各种有效的解决方法，例如：通过修建立交桥、增加路网密度、在一定程度上缓解了交通出行压力，但是效果不理想。汽车造成交通拥堵的根本原因在于汽车的灵活性大，自由度高，因而交通事故频发。而在这些事故中，尤以路侧事故最为常见，发生的频率最高。路侧事故是指：车辆驶离行车道，侵入到路肩或路肩以外的区域与护栏、行道树、行人、标志设施柱等，或与其他坚硬危险物发生碰撞的事故，也包括翻车、坠入悬崖、深谷或水体和穿过对向车道驶向路肩及以外发生的事故。路侧交通事故的危害：通常驾驶员因疲劳驾驶、分神、 超速、酒驾或毒驾、为躲避碰撞、不利道路条件、冰雪或大雨天气、道路能见度差、汽车部件失效等原因都有可能导致车辆冲出路外引发路侧交通事故。交通事故统计表明：冲出路外的单车事故造成的死亡人数占到了总人数的 23.1%。路侧事故中撞向路侧固定物以树木最为常见，占到路侧死亡事故的一半以上，排名第二为各种设施的杆件，占 12%，第三为交通护栏，占 8%，如图 2-1、图 2-2所示。所以在国外尤其是美国一直非常重视路侧交通安全设计，自 20 世纪 60 年代末开始，美国就将路侧安全设计纳入道路设计规范，成为道路设计必不可少的重要组成部分。
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2.2 公共微型电车轨道交通模式的构建
轨道交通系统作为现代化大都市的标志之一，同时是城市客运的主干交通，很大程度上改变着城市空间的布局。科学技术的进步使得城市轨道交通诸多方面的性能得到了极大的提高，如：行车速度、站台密度、运载能力等；与此同时轨道交通自身也发生了巨大的变革。轨道交通的牵引方式历经蒸汽牵引、内燃牵引、电力牵引等阶段，而目前在世界范围内又发展出直线电机（Liner Motor）牵引的交通方式，包括磁悬浮铁路、直线电机轮轨交通、磁悬浮飞机等。而目前国内外推广和试验研究各种交通模式，其中多为轨道交通形式。一种低碳，环保的中低运量城市轨道交通系统。在过去有轨电车系统曾被大量使用，后来由于城市的发展曾退出历史舞台，由于现代技术的突破，有轨电车的性能有了极大的改进，特别是 100%低地板现代有轨电车的研发，使得整个系统体系在节能、环保、时速、运能、安全性和舒适性等运营性能上有了质的改变，因此在当今城市中又掀起了复兴的热潮[17-18]。现代有轨电车主要采用架空、第三轨、蓄电池多种供电方式，基本实现了运行线路的“零排放”。但仍需考虑的问题是采用半独立或车轨混行的方式在交通高峰时期仍存在交通拥堵问题，若采取独立路权则存在占用或增加道路用地的问题，总体上有轨电车系统的整体应用性很好。国外现代有轨电车不论是从制造技术还是系统运营技术来说都相当成熟。着名制造商有 Bombardier（庞巴迪）、Alstom（阿尔斯通）、Siemens（西门子）等。与国外相比我国现代有轨电车还属于推广阶段，国内的公司如中国北车、中国南车、新筑股份和湘电集团主要采取自主研发或是通过买断知识产权亦或是与国外公司共同合作研发等的形式制造出适应于中国本土特点的现代有轨电车[19]，如图 2-13、图 2-14 所示。
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第三章 微型电车—桥梁静力有限元分析..............22
3.1 桥梁模型的建立.............. 22
3.1.1 有限元理论.... 22
3.1.2 桥梁有限元模型的建立...... 24
3.2 车辆荷载模拟....... 26
3.3 静力移动荷载分析.......... 27
3.3.1 荷载取值........ 28
3.3.2 简支梁桥移动荷载分析...... 28
3.3.3 连续梁桥边跨跨中移动荷载分析............ 29
3.3.4 连续梁桥中跨跨中移动荷载分析............ 30
3.4 本章小结.... 31
第四章 微型电车—桥梁的振动分析........... 33
4.1 桥梁结构振动分析的有限元法............ 33
4.2 桥梁的动力分析及加速度评判标准.... 38
4.3 车体质量对桥梁动力响应的影响........ 39
4.4 车速对桥梁动力响应的影响..... 51
4.5 微型电车轨道桥梁的构建建议............ 64
4.6 本章小结.... 65
第五章 结论与展望.......67
5.1 结论............ 67
5.2 展望............ 68
第四章 微型电车—桥梁的振动分析
通常高速列车通过桥梁结构时，列车的动荷载并不是直接作用在桥梁结构上的，而是通过桥上的轨道间接的作用在桥上。但桥梁结构的刚度大小通常直接决定了桥梁的动力特性，从而对车辆通过桥梁结构时的行车安全性与车辆运行平稳性产生很大的影响。因此一般评估以及设计动态荷载作用下的桥梁，或是为降低桥梁的动态响应而设计的车辆，分析二者间的动态作用是必不可少的。动力响应分析指的是桥梁结构在外力作用下的一种强迫振动，主要用来求解结构响应（如位移、速度、加速度等）随时间的变化情况。
4.1 桥梁结构振动分析的有限元法
桥梁结构的振动过程本质上是一个周期性的外力作用（车辆动荷载，风力等）和摩擦损耗（材料内摩擦、相互间的连接以及支承处的摩擦），使得结构体系的变形能量和运动能量相互转换的一个实时变化过程[41]。整个振动体系自身对外力作用下的感应程度，与它的固有频率与外力作用的频率之比，及共振程度关系密切。因此通常情况下我们在进行桥梁结构振动分析时，首先一定要确定结构的两个动力特性：结构的固有频率和阻尼。实际情况下，桥梁结构的振动阻尼很难通过像计算固有频率这样的方法准确计算出来，因而在实际的桥梁结构振动分析中通常以一些桥上实测的资料作为参考选取近似取值。桥梁结构的振动响应[42]一般包括结构各部位的应力、加速度以及位移的变化情况。通常在计算得出桥梁结构的固有频率以及选取了响应的振动阻尼后，就要避免由于桥梁的固有频率和行驶而过的车辆荷载的频率接相近从而很导致结构发生共振反应。同时这就需要具体计算桥梁结构振动的时程分析即桥梁结构振动时应力和变形随时间变化的情况。综上所述，关于桥梁结构振动分析主要需要解决两大问题:（1）桥梁结构的自振特性分析：为防止桥梁和车辆的频率接近而导致共振，根据需要对桥梁结构振动特性中的固有频率和主要振型进行计算。（2）桥梁结构的时程分析：计算桥梁结构振动动力响应中的动应力和动位移的大小随时间的变化规律。利用有限元对桥梁结构进行动力分析，一般包括桥梁模态分析和动力响应分析两部分内容。模态分析是一种有效的研究结构振动特性的方法，能够了解结构在频率范围内各阶主要模态的振型特性，可以作为谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析等其他动力学分析的基础和前期分析。桥梁的自振频率和振型是反映桥梁动力特性的重要参数，自振特性分析就是计算结构的固有频率和固有振型的问题，本质上就是求解特征值和特征向量。本文根据需要计算了两种轨道梁竖向前十阶自由振动的情况，其前十阶自振频率，如表 4.1 所示。连续梁桥的布置形式决定了第 8 阶—第 10 阶自振频率是相同的，即 3×30m 等跨布置使得频率与振型具有对称性。
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结论
本文针对由于小汽车的增长造成的我国城市交通拥堵以及空气污染等问题，构建了两种轨道交通模式：一种是分布式微型轨道交通模式；另一种是公共微型电车轨道交通模式。并对公共微型电车轨道交通模式在理论上进行了可行性的分析，对微型电车轨道桥梁的结构性能通过 ANSYS 进行了建模分析，结论如下：
（1）针对现今巨大的汽车保有量构建了一种轨道交通模式：分布式微型轨道交通模式。通过对现有车辆进行简单的改装，限制车辆的自由度，使其在铁轨上行驶，形成公铁两用的模式。从而将极大地减少交通事故尤其是路侧交通事故的发生同时，有效的避免城市交通拥堵的发生。
（2）通过对现今轨道交通体系存在的轨道利用率低、乘客上下车等待时间过长等问题的分析，以及满足人们对公共交通私人化的追求，提出的一种轨道交通模式——公共微型电车轨道交通模式。该模式在现今高新技术、互联网+等技术的支持下，在城市发展中具有真实有效的可行性。
（3）根据微型电车与桥梁结构间的力学特性，选取了两座在役的城市桥梁——简支箱梁桥、连续箱梁桥，并对两种桥梁结构形式做了静力与动力分析。动力分析主要采用经典动力学研究方法：将车辆简化为一常量力后，分析在移动常量力作用下的两种桥型的动力响应问题。由于微型电车轨道交通模式与通常的轨道模式运行方式有所不同，因此在进行结构动力分析时，同时考虑了轨道系统中车辆的群载效应。分析了 4 种车重、11 种车速下对结构动力响应的影响问题。
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参考文献（略）
