公鐵兩用橋計算書2010.7.26.doc

6 東側橫門水道主跨780m公鐵兩用鋼桁斜拉橋計算分析6.1結構靜力分析6.1.1模型建立采用有限元分析軟件MIDAS建立由板、梁、索單元組成的三維空間有限元模型。主塔、主桁、橫聯(lián)和橋面縱橫梁等均采用直線梁單元模擬，橋面板采用板單元模擬，U肋折算成板厚計入模型，斜拉索采用桁架單元模擬。全橋共2765個節(jié)點，共7307個單元。圖6.1-1橋梁有限元模型6.1.2 設計參數(shù)確定（1）材料參數(shù)鋼材：彈性模量E=2.1e11Pa，松泊比=0.3，線膨脹系數(shù)=1.2e-5。斜拉索：彈性模量 E=2.0e11Pa，松泊比=0.3，線膨脹系數(shù)=1.2e-5。C50混凝土：彈性模量 E=3.55e10Pa，松泊比=0.2，線膨脹系數(shù)=1.0e-5。（2）邊界條件塔底承臺直接固結。因為阻尼器的存在，在不考慮制動力工況下，全橋無順橋向約束。在考慮制動力工況下，阻尼器參與抵抗制動力，兩個主塔均考慮為塔梁固定支座。具體邊界條件見下表。表6.1-1邊界條件表縱向位置UxUyUzRxRyRz邊墩011000輔助墩011000橋塔011000注：0表放松，1表約束（3）設計荷載一期恒載：主塔、索根據(jù)構件實際容重計算，鋼桁梁采用整體節(jié)點板，故考慮1.3的構造系數(shù)。二期恒載：二期恒載按300kN/m計算。公路橋面鋪裝6cm環(huán)氧瀝青混凝土+防撞欄桿；鐵路橋面二期恒載包括混凝土道砟槽、道砟、軌道結構和輔助附屬結構等?；钶d：公路活載按8車道加載，汽車荷載等級按公路-級取用；鐵路活載按兩線中-活載加載。（4）支座沉降：按不均勻沉降主塔基礎3cm，其他基礎2cm考慮。（5）溫度體系溫差：混凝土主塔15，斜拉索、鋼梁及橋面板30；局部溫差：主塔5、索梁溫差10。（6）風荷載：極限風：34m/s。（7）制動力：鐵路制動力，按單線列車的10%確定。（8）列車橫向搖擺力：按規(guī)范取100kN作用于最不利位置。（9）沖擊系數(shù)：公路沖擊系數(shù)按公路橋涵設計通用規(guī)范JTG D60-2004中規(guī)定計算。鐵路沖擊系數(shù)按鐵路橋涵設計基本規(guī)范中規(guī)定計算。6.1.3荷載組合荷載組合有以下幾種：組合一（恒載）：一恒+二恒+基礎沉降+壓重荷載。組合二（主力）：恒載+活載。組合三（主+縱附）：主力+溫度+制動力+順風。組合四（無車）：恒載+順橋向風力。組合五（主+橫附）：主力+溫度+橫向有車風+橫向搖擺力。組合六（無車）：主力+橫橋向風力。6.1.4靜力計算計算主要側重于成橋狀態(tài)下主要構件的結構的剛度驗算和強度驗算。結果匯總如下。以下所有結果單位均如下：力kN，長度mm，應力MPa，應力以拉為正，壓為負。（1）結構剛度結構豎向、橫向剛度結果匯總見下表：表6.1-2 剛度結果匯總項 目荷 載數(shù)值（mm）撓跨比主跨跨中撓度（cm）0.9兩線中-活載+0.75八車道公路級荷載-903.71/8631/650梁端豎向轉角（rad）0.9兩線中-活載+0.75八車道公路級荷載1.220HzF(f)=1.026HzF(f)=1.0在ADAMS/RAIL中，為計算W，分別輸入橫向（y）及垂向（z）的加速度，對加速度信號進行濾波后，按Sperling方法計算這個指標。根據(jù)鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標準TB/T2360-96，依平穩(wěn)性指標W確定機車運行平穩(wěn)性等級的評判標準如下：W2.75 平穩(wěn)性等級優(yōu)2.75W3.10 平穩(wěn)性等級良好3.10W3.45 平穩(wěn)性等級合格根據(jù)鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范GB5599-85，依平穩(wěn)性指標W確定客車運行平穩(wěn)性等級的評判標準如下：W2.5 平穩(wěn)性等級優(yōu)2.5W2.75 平穩(wěn)性等級良好2.75W3.0 平穩(wěn)性等級合格依平穩(wěn)性指標W確定貨車運行平穩(wěn)性等級的評判標準如下：W3.5 平穩(wěn)性等級優(yōu)3.5W4.0 平穩(wěn)性等級良好4.0W4.25 平穩(wěn)性等級合格綜上所述，本文所采用的列車運行安全性和舒適性評判標準如下：脫軌系數(shù)Q/P：0.8 輪重減載率：0.6車體加速度： 客車：豎向0.25g；橫向0.20g （中速：200km/h） 豎向0.13g；橫向0.10g （高速：200km/h） 貨車：豎向0.70g；橫向0.50gSperling舒適度指標：客車：2.5 優(yōu)；2.52.75 良；2.753.0 合格 貨車：3.5 優(yōu)；3.54.0 良；4.04.25 合格機車：2.75 優(yōu)；2.753.10 良；3.103.45 合格車輛舒適度和平穩(wěn)性評價標準如表6.3-4表6.3-4 車輛舒適度和平穩(wěn)性評價標準舒適度（人對振動的感覺）振動平穩(wěn)性（車輛）1感覺有振動優(yōu)2感覺明顯振動良好2.5明確地感到振動、感覺舒服3振動強烈而不規(guī)則，但能夠忍受可以滿足3.25振動非常不規(guī)則，感覺不舒服3.5振動極端不規(guī)則，時間長則不能忍受4極端不舒適，時間長則對人體有害允許運行4.5不允許運行5危險（2）橋梁動力響應限值梁體振動過大會使橋上線路失穩(wěn)，影響列車運行安全，同時橋梁疲勞強度降低。因此對橋梁的變形和振動加速度需要限制。參照鐵路橋涵檢定規(guī)范，采用橋梁動力響應限值如下： 在單線條件下，對于有碴軌道，橋梁的最大垂向加速度0.35g，對于無碴軌道，橋梁的最大垂向加速度0.5g；橋梁最大橫向加速度0.14g。6.3.4 車橋耦合動力分析結果（1）自振頻率及振型該橋的第一階橫向頻率0.164Hz，第一階豎向頻率0.284Hz。振型如圖6.3-13和圖6.3-14所示。 圖6.3-13 第一橫向振型（主梁對稱橫彎,f=0.164Hz）圖6.3-14 第一階豎向振型（對稱豎彎,f=0.284Hz）（2）車橋耦合動力分析計算結果1）橋梁振動響應計算結果橋梁的各跨和塔頂測量點位置如圖6.3-15所示：列車行車側為外側，非行車側（空線路側）為內側。圖6.3-15 橋梁的各跨和橋墩編號表6.3-5 橋梁動位移響應計算結果表（單位：mm）車型車速(km/h)第1跨橋面跨中第2跨橋面跨中第3跨橋面跨中第4跨橋面跨中第5跨橋面跨中1號塔頂2號塔頂1號墩頂2號墩頂3號墩頂4號墩頂橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向橫向橫向橫向橫向橫向CRH2動車組2000.1975.3530.22418.5440.79377.8100.17818.6490.1885.4180.3490.3520.0500.0860.0700.0432500.2005.3210.20920.1620.67679.7980.15321.4200.1865.9070.4260.3920.0360.0770.0680.037SS8+雙層客車1200.2406.7320.22420.9260.902101.5040.24520.9490.2366.8490.4430.4530.0450.0810.0870.0481400.2306.7910.23721.7030.817101.7670.22620.8790.2456.5190.4490.4500.0470.0860.0850.0471600.2336.7400.26022.1740.932101.6710.21122.7000.2336.3870.4610.4290.0640.0950.0840.048DF4+C62重貨600.44115.9740.44753.1081.172190.0960.44453.6700.45017.3710.8590.8890.1120.1820.1820.109700.46716.8290.46055.8821.347190.5560.44654.3180.43816.7730.8810.8640.1220.1910.1890.111800.45616.6690.41754.0301.134190.7320.46754.1660.45517.4230.8750.8580.1130.1780.2000.113表6.3-6 橋梁加速度響應計算結果表（單位：m/s2）車型車速(km/h)第1跨橋面跨中第2跨橋面跨中第3跨橋面跨中第4跨橋面跨中第5跨橋面跨中1號塔頂2號塔頂1號墩頂2號墩頂3號墩頂4號墩頂橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向豎向橫向橫向橫向橫向橫向橫向CRH2動車組2000.0070.0400.0060.0660.0070.0260.0060.0410.0080.0300.0030.0030.0030.0030.0050.0052500.0030.0660.0060.0500.0060.0260.0040.0350.0030.0550.0020.0030.0020.0050.0020.002SS8+雙層客車1200.0050.0360.0100.0500.0100.0710.0090.0300.0050.0530.0030.0030.0030.0030.0030.0021400.0070.0350.0110.0470.0120.0500.0110.0430.0050.0490.0030.0030.0040.0040.0030.0031600.0040.0360.0120.0320.0090.0550.0100.0290.0060.0390.0030.0020.0030.0040.0030.002DF4+C62重貨600.0100.1260.0100.0620.0150.0960.0110.1240.0110.1580.0060.0060.0050.0060.0070.006700.0110.1980.0120.1550.0200.1270.0180.1200.0120.1740.0070.0080.0040.0060.0070.005800.0110.2220.0150.1200.0230.1330.0240.1830.0100.2150.0130.0100.0050.0070.0070.006深圳至中山過江通道預可研研究 公鐵合建橋梁方案2）車輛振動響應計算結果表6.3-7 車輛的響應結果表列車類型列 車速 度(km/h)動車拖車脫軌系數(shù)Q/P輪重減載率P/P輪軸橫向力(kN)豎向加速度(m/s2)橫向加速度(m/s2)Sperling舒適性指標脫軌系數(shù)Q/P輪重減載率P/P輪軸橫向力(kN)豎向加速度(m/s2)橫向加速度(m/s2)Sperling舒適性指標豎向橫向豎向橫向CRH2動車組2000.4220.37330.1000.8710.8072.2532.5660.3690.37426.7230.8190.8962.1452.5302500.5000.48333.0961.0620.9462.5062.6220.4200.42932.5650.9320.9352.4172.661SS8+雙層客車1200.4030.38343.7641.0230.7332.3952.5160.3360.35633.1541.0720.7162.2202.3661400.4510.42347.4191.2600.8692.4692.6730.3440.39533.4561.1750.8422.4452.4001600.4940.48054.3521.5150.9122.6252.8390.3890.45038.6231.2220.9322.5132.501DF4+C62重貨600.3940.40847.6361.5871.2872.6662.5660.4080.44837.1632.5721.9603.1413.085700.4960.48849.9552.0461.7322.8652.7830.4580.46047.0973.6052.2733.4593.320800.5280.56852.8852.5711.8573.1212.9740.5260.49355.1384.2613.0753.6633.7023）車橋動力分析評判結果表6.3-8 分析評判結果表列車類型車速km/h軌道不平順列車行車安全性乘坐舒適性車體加速度橋梁動車拖車動車拖車橫向加速度橫向位移豎向橫向豎向橫向CRH2動車組200德國低干擾譜滿足優(yōu)良優(yōu)良合格合格合格合格250滿足良良優(yōu)良合格合格合格合格SS8+雙層客車120美國六級譜滿足優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)合格合格合格合格140滿足優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)合格合格合格合格160滿足優(yōu)良良良合格合格合格合格DF4+C62重貨60美國五級譜滿足優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)合格合格合格合格70滿足良良優(yōu)優(yōu)合格合格合格合格80滿足合格良良良合格合格合格合格（3）結論1）東側橫門東水道大橋主橋采用的雙塔雙索面斜拉連續(xù)鋼桁梁方案，橋梁振動加速度滿足垂向不大于0.35g和橫向不大于0.14g的要求，滿足行車安全要求。2）DF4+C62重貨以6080km/h速度通過時，跨中最大動撓度值為190.732mm，相應撓跨比為1/4089。3）各車輛編組以各個速度通過時，輪重減載率均小于0.6，脫軌系數(shù)均小于0.8，輪軸橫向力小