何旭輝，譚凌飛，顧建華，敬海泉?，李書昌

（1.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙 410075；2.高速鐵路建造技術(shù)國家工程實驗室，湖南長沙 410075；3.廣東廣珠城際軌道交通有限責(zé)任公司，廣東廣州 510335）

截至2020 年底，我國高鐵運營里程達(dá)3.79 萬km，成為世界上高速鐵路里程最長、列車密度最高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的國家.眾所周知，高速鐵路有著高平順性、高舒適性、高穩(wěn)定性和高安全性的要求，現(xiàn)代大跨度斜拉橋正朝著更大跨、更輕柔、更纖細(xì)的方向發(fā)展，因此當(dāng)較大的鐵路荷載作用在柔性的大跨斜拉橋上時，列車的行車安全性、舒適性和橋梁的安全性成為當(dāng)下的熱點問題［1］.此外由于長三角、珠三角地區(qū)處在太平洋臺風(fēng)的直接侵襲范圍，與常規(guī)的風(fēng)相比，臺風(fēng)的風(fēng)速更大，非平穩(wěn)特性更顯著，因此臺風(fēng)的到來會對高速列車安全產(chǎn)生更不利的影響，高速列車的行車安全性將遭遇更大的挑戰(zhàn).

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對風(fēng)-車-橋系統(tǒng)耦合振動開展了大量研究［2］，夏禾等［3］提出了一種基于Monte Carlo技術(shù)模擬隨機風(fēng)速場下列車-橋梁系統(tǒng)動力可靠性的分析方法.郭向榮等［4］考慮脈動風(fēng)沿橋梁縱向的空間相關(guān)性，隨機模擬出沿橋跨若干點處的風(fēng)速時程曲線，采用時域分析法對脈動風(fēng)作用下高速列車通過該橋時的車橋時變系統(tǒng)動力響應(yīng)進(jìn)行較詳細(xì)的分析，從安全性與舒適性兩方面計算分析該橋列車行車的臨界風(fēng)速.李永樂等［5-6］利用自制的氣動力分離裝置-交叉滑槽系統(tǒng)在風(fēng)洞試驗中研究了車輛和橋梁之間的氣動影響，使用自編程技術(shù)建立了風(fēng)-車-橋非線性空間耦合振動分析模型.韓艷等［7］研究車橋間氣動干擾對橋上車輛行駛的影響，研究結(jié)果表明：考慮車橋間氣動干擾對車輛動力響應(yīng)影響較大.Montenegro 等［8］使用歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CEN）離散陣風(fēng)模型和基于隨機生成風(fēng)場的湍流風(fēng)模型模擬生成了兩種不同風(fēng)模型，研究了不同風(fēng)模型對列車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性的影響.

上述風(fēng)-車-橋系統(tǒng)耦合振動的研究多將風(fēng)視為平穩(wěn)隨機過程，因此沒有對非平穩(wěn)風(fēng)作用下的列車-橋梁振動進(jìn)行研究.由于缺乏理論分析框架，對風(fēng)-車-橋非平穩(wěn)耦合振動的研究報道相當(dāng)少見.然而，大多數(shù)列車傾覆事故實際上是由于重要的非平穩(wěn)因素相關(guān)的極端風(fēng)造成的［9］.與靜止邊界層風(fēng)相比，非平穩(wěn)極端風(fēng)的風(fēng)速呈現(xiàn)出時變均值、時變方差、時變頻率等時變特征［10-11］.此外，在相對較短的持續(xù)時間內(nèi)，這些極端事件中的風(fēng)速可以達(dá)到平均值的數(shù)倍［12］.何旭輝等［13］基于偽激振法（PEM），建立了非平穩(wěn)風(fēng)作用下高速列車-橋梁耦合振動的有效分析框架，證明了風(fēng)的非平穩(wěn)特性對列車-橋梁耦合作用系統(tǒng)的動力性能有重要影響，其不足之處在于沒有考慮真實的輪軌關(guān)系.因此，研究非平穩(wěn)特性對車橋系統(tǒng)振動的影響具有重要意義.

本文的研究背景是在建的金海特大橋，該橋是主跨為3×340 m的四塔斜拉橋，也是世界上首座公路鐵路兩用的四塔斜拉橋，橋址靠近南海，所處的風(fēng)環(huán)境十分惡劣，常年遭受臺風(fēng)侵襲，因此，開展非平穩(wěn)風(fēng)作用下大跨度斜拉橋橋上行車安全研究是十分有必要的.本文通過EMD（Empirical Mode Decomposi?tion）方法從已有的實測臺風(fēng)數(shù)據(jù)中提取出時變平均風(fēng)速，將風(fēng)譜中的平均風(fēng)速替換成時變平均風(fēng)速，通過諧波合成法模擬得到非平穩(wěn)風(fēng)脈動風(fēng)速，將列車和橋梁的風(fēng)荷載時程施加到由有限元分析軟件ANSYS和多體動力學(xué)軟件SIMPACK 聯(lián)合建立的風(fēng)-高速列車-大跨斜拉橋耦合分析模型當(dāng)中，計算分析了平穩(wěn)風(fēng)與非平穩(wěn)風(fēng)作用下車橋系統(tǒng)的動力響應(yīng)區(qū)別.

1 非平穩(wěn)風(fēng)場模擬方法

1.1 非平穩(wěn)風(fēng)速模型

在平穩(wěn)風(fēng)速模型研究中，在某一時刻t的風(fēng)速等于平均風(fēng)速加上均值為零的平穩(wěn)脈動風(fēng)速，即

式中：U(t)為t時刻的風(fēng)速；U為t時刻的平均風(fēng)速；u(t)為t時刻的脈動風(fēng)速.

實測臺風(fēng)結(jié)果表明：不同于平穩(wěn)邊界層風(fēng)速，臺風(fēng)風(fēng)速時常在均值、方差、頻率等方面表現(xiàn)出明顯的時變特征.目前國內(nèi)外學(xué)者提出了一些非平穩(wěn)模型來描述臺風(fēng)和極端風(fēng)的非平穩(wěn)性，并與對臺風(fēng)或其他極端風(fēng)的非平穩(wěn)風(fēng)速認(rèn)識基本保持一致，即非平穩(wěn)風(fēng)速等于時變平均風(fēng)速加上脈動風(fēng)速，可表示為：

1.2 非平穩(wěn)風(fēng)場模擬

在進(jìn)行風(fēng)場模擬時，十分關(guān)鍵的一步就是對平均風(fēng)剖面模型的研究.根據(jù)已有研究結(jié)果，針對地表粗糙度較小的狀況，本文中選用擬合效果較好的指數(shù)函數(shù)模型來描述臺風(fēng)平均風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律.指數(shù)函數(shù)風(fēng)剖面經(jīng)驗?zāi)Ｐ鸵娛剑?）.

式中：Uz是高度z處的平均風(fēng)速；Uz1是高度z1處的平均風(fēng)速；α為地表粗糙度系數(shù).

根據(jù)公式（2）可知，模擬非平穩(wěn)風(fēng)速需要分時變平均風(fēng)速模擬和脈動風(fēng)速模擬，然后再將這兩部分疊加即可得到模擬出來的非平穩(wěn)風(fēng)速，圖1 所示為模擬流程圖.

圖1 非平穩(wěn)風(fēng)模擬流程圖Fig.1 Flow chart of non-stationary wind simulation

現(xiàn)有研究中，一般采用三種方法來獲取時變平均風(fēng)速，分別是：①假定時變平均風(fēng)速服從已知函數(shù)，如余弦函數(shù)；②從實際臺風(fēng)風(fēng)速時程曲線中提??；③假定時變平均風(fēng)速為一常數(shù).因為臺風(fēng)的非平穩(wěn)特性十分明顯，風(fēng)速變化很快，不同臺風(fēng)之間的物理特性相差較大，風(fēng)速分布規(guī)律差別也較大，所以選用某一常數(shù)或服從某確定函數(shù)曲線的假定來模擬時變平均風(fēng)速是不恰當(dāng)?shù)?，因此本文使用EMD 分解方法從實測的臺風(fēng)風(fēng)速時程曲線提取時變平均風(fēng)速，這樣可信度高且準(zhǔn)確度也高.

平穩(wěn)風(fēng)的脈動風(fēng)速通?；诮?jīng)典功率譜，使用諧波合成法進(jìn)行模擬.由于臺風(fēng)風(fēng)速的非平穩(wěn)性明顯，風(fēng)速變化快，其平均速度也表現(xiàn)出較明顯的時變性，而傳統(tǒng)諧波合成法的平均風(fēng)速為常量，基于進(jìn)化譜的理念，在模擬臺風(fēng)脈動風(fēng)速時，通過時變平均風(fēng)速的變化來實現(xiàn)更新功率譜，從而實現(xiàn)對臺風(fēng)的模擬［14］.將臺風(fēng)風(fēng)場模擬時長T分成N個足夠小的時間間隔?t，T=N?t，在足夠小的時間間隔?t內(nèi)任意時刻的風(fēng)速可視為該?t內(nèi)的平均風(fēng)速，也就是時變平均風(fēng)速等于平均風(fēng)速.因此在模擬臺風(fēng)時需要分兩步：①在每個足夠短的時間間隔?t內(nèi)，采用諧波合成法模擬零均值穩(wěn)態(tài)脈動風(fēng)速，實現(xiàn)每個足夠短的時間間隔?t內(nèi)的脈動風(fēng)模擬；②在不同時間間隔中，隨著時變平均風(fēng)速變化更新風(fēng)功率譜，實現(xiàn)不同時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬.

1.2.1 時間間隔?t內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬

直接采用諧波合成法對足夠小的時間間隔?t內(nèi)的脈動風(fēng)速進(jìn)行模擬，以高度為z處的節(jié)點i(i=1，2，…，m)進(jìn)行說明，具體步驟如下.

在模擬臺風(fēng)風(fēng)場時，已有研究中，在水平順風(fēng)向一般選用經(jīng)典風(fēng)譜中的Kaimal譜作為功率譜密度函數(shù)，表達(dá)式如式（4）所示.

式中：S(f)為功率譜密度為相似率坐標(biāo)，Uz(t)為時間間隔?t內(nèi)高度z處的時變平均風(fēng)速；為時變摩擦風(fēng)速，k=0.4，z0為地面粗糙度.

作用在橋梁節(jié)點上的脈動風(fēng)速在空間上存在相干性，本文采用Davenport 形式的相干函數(shù)來表示這種相干性，表達(dá)式如下：

式中：ω為圓頻率；D表示計算點之間的空間距離；λ為衰減系數(shù)，取7.

在模擬風(fēng)場的橫風(fēng)向和豎風(fēng)向時，只需要更換對應(yīng)的風(fēng)譜即可.

根據(jù)Shinozuka-Deodatis 理論，時間間隔?t內(nèi)的各個模擬點的脈動風(fēng)速時程為：

式中：N為一充分大的正整數(shù)；為頻率增量，ωup為截止圓頻率；φjk為隨機相位角，均勻分布在(0，2π) 之間；ωjk為雙索引頻率進(jìn)行Cholesky 分解所得矩陣H(ωjk，t)中的元素；θij(ωjk，t)為Hij(ωjk，t)的復(fù)角，即

1.2.2 不同時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬

接著只需將式（4）中的功率譜更新，再重復(fù)第一步，就能獲得每個時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速.最后將脈動風(fēng)速與時變平均風(fēng)速相加就可獲得非平穩(wěn)風(fēng)速.

2 風(fēng)-列車-大跨斜拉橋耦合系統(tǒng)

2.1 作用在列車和橋梁上的非平穩(wěn)風(fēng)荷載

由數(shù)值模擬方法得到非平穩(wěn)風(fēng)場后，作用在列車和橋梁上的風(fēng)荷載分為兩部分：一是由時變平均風(fēng)引起的時變靜風(fēng)荷載；二是由脈動風(fēng)引起的非平穩(wěn)抖振力.由Davenport 準(zhǔn)定常理論可得，主梁和列車在時變平均風(fēng)作用下的非平穩(wěn)靜風(fēng)荷載可表示為：

表1 車-橋系統(tǒng)中列車與橋梁空氣動力學(xué)參數(shù)Tab.1 Aerodynamic parameters of train and bridge in vehicle-bridge system

抖振力載荷是由隨機風(fēng)的脈動量引起的.根據(jù)準(zhǔn)定常假定，主梁的抖振力載荷根據(jù)公式（8）計算.

式中：V為列車運行速度.

2.2 列車動力學(xué)模型

ICE3 型列車模型在SIMPACK 軟件中建立，列車的具體參數(shù)見文獻(xiàn)［15］，單節(jié)列車模型為二系懸掛四軸列車，包含4 個輪對、2 個轉(zhuǎn)向架和1 個車體，各個剛體通過彈簧和阻尼連接，共7 個剛體，在軟件中列車模型如圖2 所示.懸掛系統(tǒng)分為一系懸掛、二系懸掛，一系懸掛由軸箱彈簧、軸箱減震器等組成，用于轉(zhuǎn)向架與輪對之間的連接；二系懸掛主要由空氣彈簧、橫向減振器、抗蛇行減振器等組成，用于車體與轉(zhuǎn)向架之間的連接.為確保建立的列車運動接近現(xiàn)實情況，各個剛體均考慮6 個自由度，其中各個自由度分別為伸縮、橫擺、浮沉、側(cè)滾、點頭、搖頭，因此單節(jié)列車一共42個自由度.

圖2 SIMPACK中列車模型示意圖Fig.2 Diagram of train model in SIMPACK

2.3 橋梁、軌道結(jié)構(gòu)動力模型

本文使用的橋梁為在建的金海特大橋，為多塔多跨斜拉橋，全長1 369 m，跨徑布置為（58.5+116+3×340+116+58.5）m，主箱采用單箱三室截面，頂板采用正交異性鋼橋面板，主梁斷面高度4.5 m，橋面總寬49.6 m，中間鋼箱梁寬17.6 m，兩側(cè)挑臂式橋面寬16 m，整體布置圖如圖3所示.大跨度斜拉橋和軌道有限元模型均使用有限元分析軟件ANSYS 建立，橋梁前10 階頻率見表2.對建立好的模型進(jìn)行子結(jié)構(gòu)分析，得到所需的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，通過ANSYS 與SIMPACK 之間的程序接口，最終以柔性體和柔性軌道的形式分別建立斜拉橋和軌道的動力分析模型，并使用扣件將軌道與主梁連接起來，通過彈簧-阻尼來模擬扣件.根據(jù)我國《高速實驗列車技術(shù)條件》中的建議，計算時采用德國軌道低干擾譜模擬不平順功率譜，空間步長為0.2 m.本文列車采用單列8車編組（拖車+6動車+拖車）的高速列車模型，為了避免由于彈性軌道體過短而導(dǎo)致列車上橋、下橋瞬間動力響應(yīng)發(fā)生突變，軌道模型分為3 部分：橋前軌道模型（長度216 m）、橋上軌道模型和橋后軌道模型（長度216 m）.

圖3 金海特大橋的整體布置圖（單位：m）Fig.3 Overall layout of Jinhai Bridge（unit：m）

表2 橋梁的前10階動力特性Tab.2 Dynamic characteristics of the first 10 modes for bridge

2.4 車-軌-橋耦合模型驗證

為驗證本文建模方法的正確性，采用文獻(xiàn)［16］中的橋梁、軌道和列車參數(shù)，利用本文中的輪軌耦合方法建立車?軌道?橋耦合振動分析模型［17］，計算了1節(jié)拖車以300 km/h通過橋梁時，橋梁跨中和鋼軌跨中的豎向位移.文獻(xiàn)［16］中也驗證了SIMPACK 與ANSYS 仿真分析的正確性.將本文計算結(jié)果與文獻(xiàn)［16］和文獻(xiàn)［17］對比，如表3 所示，結(jié)果吻合較好，誤差在3%以內(nèi)，可以證明本文計算結(jié)果的準(zhǔn)確性.

表3 計算結(jié)果對比Tab.3 Comparison of calculation results

3 非平穩(wěn)風(fēng)對列車-大跨斜拉橋耦合系統(tǒng)動力響應(yīng)影響分析

本文對現(xiàn)有實測臺風(fēng)數(shù)據(jù)采用上述風(fēng)場模擬方法獲得了非平穩(wěn)臺風(fēng)風(fēng)速時程，另外采用諧波合成法模擬得到平穩(wěn)風(fēng)速時程，圖4給出了時距為10 min的非平穩(wěn)風(fēng)在順風(fēng)向的時程曲線.對第一個模擬點的非平穩(wěn)風(fēng)速脈動部分進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），并與Kaimal 譜進(jìn)行比較，得到順風(fēng)向脈動風(fēng)速功率譜密度如圖5所示.

圖4 風(fēng)速時程曲線Fig.4 Time-history curve of wind speed

圖5 順風(fēng)向脈動風(fēng)速功率譜對比Fig.5 Comparison of power spectrum of longitudinal fluctuating wind speed

由圖5 可知，模擬得到脈動風(fēng)速的模擬功率譜與目標(biāo)譜，除在最低頻率部分外，吻合非常好.

3.1 非平穩(wěn)風(fēng)對列車動力響應(yīng)影響分析

在軌道不平順的激勵下，經(jīng)過橋梁時會產(chǎn)生振動，列車的振動通過輪軌傳遞至主梁上，導(dǎo)致大跨斜拉橋也發(fā)生振動，而大跨斜拉橋的振動又會通過輪軌傳遞到車體.對于列車而言，通常采用安全性和舒適性指標(biāo)來反映其動力響應(yīng).本文分別計算非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)對耦合系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響，列車舒適性指標(biāo)主要考慮列車車體的加速度.為使結(jié)果更加直觀，直接比較兩種風(fēng)環(huán)境下的車體加速度的時程曲線.由于拖車質(zhì)量小、響應(yīng)大，因此給出拖車在大跨斜拉橋上以300 km/h 的速度運行時兩種風(fēng)環(huán)境下的加速度時程曲線，結(jié)果如圖6 所示.隨后將加速度時程曲線進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），得到加速度的頻譜圖，如圖7所示.

圖6 列車車體加速度時程曲線比較圖Fig.6 Comparison diagram of acceleration time history curve of train body

圖7 列車車體加速度頻譜圖Fig.7 Spectrum diagram of acceleration of train body

由圖6 可知，首先兩種風(fēng)環(huán)境下列車的加速度趨勢基本一致，但加速度的峰值卻有一定的差距.非平穩(wěn)風(fēng)與平穩(wěn)風(fēng)作用下橋上列車車體的最大橫向加速度分別為0.923 m/s2和0.823 m/s2，增長幅度約為12%；而豎向加速度分別為0.712 m/s2和0.576 m/s2，增長幅度約為23%.這表明非平穩(wěn)風(fēng)作用下列車加速度的峰值會有一定的增加.在本文中列車橫向和豎向最大加速度分別增加了0.1 m/s2和0.136 m/s2，而車體加速度屬舒適性指標(biāo)，因此非平穩(wěn)風(fēng)作用下會導(dǎo)致行車舒適性降低.

由圖7 可知，車體橫向加速度在非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)作用下對應(yīng)的一階橫向頻率均為0.94 Hz，但非平穩(wěn)風(fēng)產(chǎn)生的振動在低頻區(qū)域內(nèi)比平穩(wěn)風(fēng)更加突出；而車體豎向加速度的情況也是相同的，它們的一階豎向頻率均為0.88 Hz，在低頻區(qū)域內(nèi)非平穩(wěn)風(fēng)引起的振動更加明顯，因此非平穩(wěn)風(fēng)作用下列車的振動頻率和平穩(wěn)風(fēng)作用下是相同的，但在低頻范圍內(nèi)非平穩(wěn)風(fēng)引起車體的振動更加強烈.

本文列車行車的安全性指標(biāo)主要包括：輪重減載率、輪軌橫向力和脫軌系數(shù).本文采用Sperling 指標(biāo)來評價乘客乘車的舒適性.列車在大跨斜拉橋上以200～300 km/h行駛，受到非平穩(wěn)風(fēng)與平穩(wěn)風(fēng)作用，列車的安全性和舒適性指標(biāo)如圖8所示.

由圖8 可知，安全性和舒適性指標(biāo)均隨著列車車速的增大而提高，其中輪重減載率在列車車速超過225 km/h 時就超過了規(guī)范限值，其他指標(biāo)均在規(guī)范限值以內(nèi).當(dāng)列車車速低于250 km/h時，非平穩(wěn)風(fēng)作用下，列車的安全性指標(biāo)略有增大；當(dāng)列車車速達(dá)到275 km/h 后，列車的輪重減載率和輪軌橫向力表現(xiàn)出較大的差異，以車速300 km/h 為例，非平穩(wěn)風(fēng)作用下，列車的3 種安全性指標(biāo)分別為0.905、75.1 kN和0.336，平穩(wěn)風(fēng)作用下的數(shù)值分別為0.827、73.3 kN和0.323，增幅分別約為9%、14%和4%，故非平穩(wěn)風(fēng)會使橋上行車的安全性更差.然而不同種類風(fēng)作用下列車的豎向Sperling 指標(biāo)沒有明顯變化，這是因為計算中風(fēng)速的豎向分量大小相差很??；而非平穩(wěn)風(fēng)作用下車體橫向Sperling指標(biāo)有一定的增大.

圖8 列車安全性和舒適性指標(biāo)對比圖Fig.8 Train safety and comfort index comparison chart

3.2 非平穩(wěn)風(fēng)對大跨斜拉橋動力響應(yīng)影響分析

對于大跨斜拉橋而言，本文采用加速度來評價其動力響應(yīng).同樣地先給出四塔斜拉橋中跨跨中處的加速度時程曲線，結(jié)果如圖9 所示.同樣地將主梁跨中加速度時程曲線進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），得到加速度的頻譜圖，如圖10所示.

圖10 橋梁跨中加速度頻譜圖Fig.10 Acceleration spectrum of bridge midspan

由圖9 可知，兩種風(fēng)環(huán)境下橋梁的橫向加速度曲線變化趨勢基本保持一致，非平穩(wěn)風(fēng)對應(yīng)的變化幅度更大且最大橫向加速度為0.344 m/s2，而平穩(wěn)風(fēng)對應(yīng)的最大橫向加速度為0.296 m/s2，變化幅度約為16%；而在豎向最大加速度方面，非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)作用下分別為0.176 m/s2和0.165 m/s2，變化幅度約為7%，因此非平穩(wěn)風(fēng)會增大橋梁加速度.

圖9 主梁1/2跨中加速度時程曲線比較圖Fig.9 Comparison diagram of acceleration time history curve in 1/2 span of main girder

由圖10 可知，在低頻區(qū)域內(nèi)，對比平穩(wěn)風(fēng)，非平穩(wěn)風(fēng)對橋梁產(chǎn)生的橫向振動更劇烈，而橋梁橫向加速度在非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)作用下橋梁的一階橫向頻率為0.93 Hz，這和列車橫向加速度的一階橫向頻率0.94 Hz 十分接近，因此列車過橋時發(fā)生過車橋共振；在橋梁豎向加速度方面，兩種風(fēng)作用下橋梁的一階豎向頻率為0.28 Hz，這和橋梁自身的一階對稱豎彎頻率0.285 5 Hz幾乎完全一致，但在此頻率處平穩(wěn)風(fēng)對橋梁產(chǎn)生的振動比非平穩(wěn)風(fēng)更大，而在高頻區(qū)域內(nèi)兩種風(fēng)沒有明顯區(qū)別.

4 結(jié)論

本文通過數(shù)值模擬技術(shù)模擬得到了非平穩(wěn)臺風(fēng)風(fēng)場，并建立了高速列車-大跨斜拉橋耦合振動分析模型，開展了非平穩(wěn)風(fēng)與平穩(wěn)風(fēng)作用下車-橋系統(tǒng)動力響應(yīng)影響分析，所得主要結(jié)論如下：

1）對列車系統(tǒng)而言，在非平穩(wěn)橫風(fēng)作用下，斜拉橋上運行的列車加速度會增大，經(jīng)比較列車橫向和豎向最大加速度增大幅度分別約為12%和23%，因此非平穩(wěn)風(fēng)橫風(fēng)作用下列車的行車舒適性會明顯降低；通過頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)，非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)作用下列車的一階振動頻率相同，但在低頻范圍內(nèi)非平穩(wěn)風(fēng)對列車產(chǎn)生的振動更強烈；比較兩種風(fēng)環(huán)境下列車的安全性指標(biāo)，非平穩(wěn)臺風(fēng)會使列車的輪重減載率、輪軌橫向力和脫軌系數(shù)增大，相比于平穩(wěn)風(fēng)，增長幅度分別約為9%、14%和4%，因此非平穩(wěn)臺風(fēng)會使橋上行車的安全性更差；此外列車的Sperling 指標(biāo)僅在橫向表現(xiàn)了差異，在豎向沒有表現(xiàn)出明顯的差異.

2）對橋梁系統(tǒng)而言，在非平穩(wěn)橫風(fēng)作用下，斜拉橋跨中處的加速度會增大，經(jīng)比較可知，中跨跨中橫向和豎向最大加速度增大幅度分別約為16%和7%；橋梁豎向加速度頻譜圖表明，在非平穩(wěn)風(fēng)和平穩(wěn)風(fēng)作用下橋梁和列車在橫向的振動頻率相同，兩者可能發(fā)生共振；而豎向加速度頻譜圖顯示，在低頻區(qū)域內(nèi)平穩(wěn)風(fēng)對橋梁引起的振動比非平穩(wěn)風(fēng)更加強烈，并且振動的頻率剛好與橋梁本身的一階對稱豎彎基頻接近.