客运架空索道系统动力特性分析方法

　　1　引言

　　客运架空索道系统由钢丝绳、抱索器、吊杆及支架等关键性部件组合而成。由于其在运行过程中整体系统始终处于动载荷作用之下,如风对车辆和钢丝绳的动态作用,车辆运动对钢丝绳的动态作用等。这些动态载荷通过各部件的衔接传递到系统的各个部位,从而引起整体及局部的动态响应。其结果可分为两种情况,一是由于动态交变应力所造成的结构疲劳损伤,导致系统安全度下降。二是动载荷的优势频率与结构的动态特性产生耦合而形成超出设计标准的动应力,可能导致结构的严重损伤与破坏。

　　对于客运架空索道系统而言,为了维护运行中的安全,必须在设计阶段充分估计出系统的各种动态特性及可能出现的响应状态。但迄今为止,有关索道系统的结构设计仍主要停留于静态的范围,而忽略了结构动态耦合放大的作用。这种设计方式的结果导致两种弊端,一是出于安全保守的原因,将安全系数盲目放大,造成建造价格上升;另外一个是在结构系统动态性能不明的情况下,对耦合共振所致危害不能预测和防治,而形成了极大的不安全隐患。

　　为了分析客运架空索道系统的动力特性,首先要求解客运架空索道系统的固有频率与模态。结构系统的固有频率的大小直接关系到结构在各种不同激励条件下是否会发生动力放大效应与共振。索道系统固有频率与模态不仅作为衡量索道系统固有动力特性的重　要指标,同时在求解结构动力响应方面也具有重要意义。

　　2　客运架空索道系统的有限元建模

　　在客运架空索道系统整体动力分析中,有限元建模是非常重要的一个环节,关键问题是处理柔索特性,给出建模方法、边界条件以及初始应变的确定等。

　　2.1　索道系统的几何坐标

　　客运架空索道系统由4个塔架组成,索道主要跨度的长度的分别为L1=160.5 m,L2=99.8 m,L3=58.2m,总跨度LT=L1+L2+L3=318.5 m,上下索道之间的宽度为3.6m,总高度差为86.2m。定义沿索道运行方向的水平位置为x坐标,y为垂直方向,z为索道的宽度方向。

　　2.2　悬索的特性与建模

　　索道的悬索采用两节点非线性杆单元建模,小应变大变形假定,考虑索单元的几何非线性,单元刚度计及与轴向应变相关的应力刚度矩阵。单元分析公式采用更新的拉格朗日公式,悬索刚度随变形位置而逐步修正。悬索材料采用线弹性假设。柔索的材料与几何特性为,柔索截面积A=3.277×10-4m2,弹性模量E=9.8×1010N/m2,波松比ν=0.3,质量密度ρs=9 300 kg/m3,外径d=2.042 7×10-2m。

　　2.3　塔架与吊篮的建模

　　塔架相对悬索来说刚度较大,其变形也相对较小,所以采用线性梁单元模拟已经足够,塔架梁单元截面特性根据实际构件的截面形状共分为9种,梁单元弹性模量E=2.1×1011N/m2,泊松比ν=0.3,质量密度ρs=7 800 kg/m3。