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中低速磁浮交通因其不依靠轮轨接触运行、曲线通过能力强、坡道运行能力高、噪声小等特点，近年来在日本、韩国和中国得到发展和工程示范应用。为了防止出现过大的磁浮车桥耦合振动，中低速磁浮交通广泛采用了混凝土轨道梁，很少使用钢结构梁，但钢结构梁的制造和安装较混凝土梁更为便捷，在市区繁华地段的磁浮线建设中具有明显的优势。本文针对一种多功能变刚度磁浮钢箱梁，开展了磁浮车辆-钢箱梁耦合振动仿真研究，以期为磁浮钢结构梁工程设计提供理论依据和应用参考。
首先介绍了跨度25m变刚度钢箱梁结构形式，建立了磁浮轨道和3种不同刚度钢箱梁结构的有限元模型，进行了模态分析和列车悬浮设计荷载作用下钢箱梁的静挠度计算分析。计算结果表明，磁浮轨道与中间梁高1.8m(钢梁1#)、1.9m(钢梁2#)和2.1m(钢梁3#)钢箱梁结构的一阶垂弯模态频率分别为7.53Hz、7.82Hz和8.31Hz，均大于规范规定的竖向基频限值。磁浮轨道-钢箱梁结构的多个中高阶模态包含了轨排模态，频率分布在50~70Hz之间，轨排模态受自身结构与参数的影响，与钢箱梁高度无关。在列车悬浮设计荷载作用下三种钢箱梁竖向变形分别为6.77mm、6.22mm和5.09mm，其中钢梁1#的竖向变形稍大于规范规定的容许限值6.58mm。
利用课题组建立的中低速磁浮列车动力学模型和SIMPACK与ANSYS耦合计算器，计算了磁浮列车以120km/h速度通过三种钢箱梁时的耦合振动响应。仿真结果表明，三种钢箱梁的跨中竖向挠度分别为6.78mm、6.32mm和4.70mm，其中钢梁1#的垂向挠度略微超过限值。三种钢箱梁跨中处梁体的垂向加速度分别为5.17m/s2、4.45m/s2和3.83m/s2，其中钢梁1#垂向加速度幅值大于我国铁路桥梁(有砟轨道)的竖向振动加速度限值0.5g。三种钢箱梁上F轨的垂向加速度高达20.54m/s2、18.97m/s2和15.01m/s2，远大于钢箱梁梁体垂向加速度。三种钢箱梁上车体质心垂向加速度最大值仅0.229m/s2，磁浮车辆的垂向平稳性指标值略微超过2.5。
最后仿真分析了列车以40km/h低速通过钢梁3#时的耦合振动响应，与车速120km/h工况的计算结果进行对比。车速40km/h工况下钢梁3#跨中处梁体垂向变形、F轨垂向变形略小于车速120km/h速度工况，但梁体和F轨的垂向加速度幅值均大于120km/h速度工况；电磁铁悬浮间隙波动幅值为1.05mm，也大于120km/h速度工况，仍小于悬浮间隙容许波动限值4mm，磁轨发生机械碰撞的风险不大。两种速度工况下磁浮车桥耦合振动的差别与工程实际吻合，低速时F轨和钢箱梁振动加速度更大的可能原因是：电磁悬浮力是主动有源力，钢箱梁结构阻尼小，低速通过时钢梁受车辆荷载作用时间更长，钢梁积累的能量得不到快速耗散，故电磁铁与钢梁耦合振动更剧烈。
首先介绍了跨度25m变刚度钢箱梁结构形式，建立了磁浮轨道和3种不同刚度钢箱梁结构的有限元模型，进行了模态分析和列车悬浮设计荷载作用下钢箱梁的静挠度计算分析。计算结果表明，磁浮轨道与中间梁高1.8m(钢梁1#)、1.9m(钢梁2#)和2.1m(钢梁3#)钢箱梁结构的一阶垂弯模态频率分别为7.53Hz、7.82Hz和8.31Hz，均大于规范规定的竖向基频限值。磁浮轨道-钢箱梁结构的多个中高阶模态包含了轨排模态，频率分布在50~70Hz之间，轨排模态受自身结构与参数的影响，与钢箱梁高度无关。在列车悬浮设计荷载作用下三种钢箱梁竖向变形分别为6.77mm、6.22mm和5.09mm，其中钢梁1#的竖向变形稍大于规范规定的容许限值6.58mm。
利用课题组建立的中低速磁浮列车动力学模型和SIMPACK与ANSYS耦合计算器，计算了磁浮列车以120km/h速度通过三种钢箱梁时的耦合振动响应。仿真结果表明，三种钢箱梁的跨中竖向挠度分别为6.78mm、6.32mm和4.70mm，其中钢梁1#的垂向挠度略微超过限值。三种钢箱梁跨中处梁体的垂向加速度分别为5.17m/s2、4.45m/s2和3.83m/s2，其中钢梁1#垂向加速度幅值大于我国铁路桥梁(有砟轨道)的竖向振动加速度限值0.5g。三种钢箱梁上F轨的垂向加速度高达20.54m/s2、18.97m/s2和15.01m/s2，远大于钢箱梁梁体垂向加速度。三种钢箱梁上车体质心垂向加速度最大值仅0.229m/s2，磁浮车辆的垂向平稳性指标值略微超过2.5。
最后仿真分析了列车以40km/h低速通过钢梁3#时的耦合振动响应，与车速120km/h工况的计算结果进行对比。车速40km/h工况下钢梁3#跨中处梁体垂向变形、F轨垂向变形略小于车速120km/h速度工况，但梁体和F轨的垂向加速度幅值均大于120km/h速度工况；电磁铁悬浮间隙波动幅值为1.05mm，也大于120km/h速度工况，仍小于悬浮间隙容许波动限值4mm，磁轨发生机械碰撞的风险不大。两种速度工况下磁浮车桥耦合振动的差别与工程实际吻合，低速时F轨和钢箱梁振动加速度更大的可能原因是：电磁悬浮力是主动有源力，钢箱梁结构阻尼小，低速通过时钢梁受车辆荷载作用时间更长，钢梁积累的能量得不到快速耗散，故电磁铁与钢梁耦合振动更剧烈。