大跨度鐵路橋梁車橋動力響應(yīng)理論分析及試驗研究

1、大跨度鐵路橋梁車橋動力響應(yīng)理論分析及試驗研究重慶市位于中國西南部地區(qū)，地勢較高，因此重慶市的軌道交通方式主要為北至重慶江 北國際機場，橫跨重慶主城 6區(qū)以及長江、嘉陵江兩江的跨座式單軌交通，多數(shù)線路高架，其中還有數(shù)座車站高架。 跨座式單軌道交通通的車輛是跨騎于軌道梁上行駛，車輛上部乘坐所以在此關(guān)鍵點上，應(yīng)該盡量減輕 而此外，由于該橋梁為車站橋, ,是設(shè)計時應(yīng)考慮的兩大關(guān)鍵點。乘客的廂體與一般軌道交通的車輛構(gòu)造基本相同，只是車輛根據(jù)客運要求選定的尺度大小有些區(qū)別。由于車輛采用充氣橡膠車輪，制約了其承載力， 其車體重量，故一般的車站橋梁都采用鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接。 所以其動力性能以及車輛途徑該橋梁時

2、車上人員的舒適性 所以，本文著重選擇了重慶快速軌道交通二號線的大溪溝車站橋進(jìn)行動力性能分析和響應(yīng)理 論分析及研究。1有關(guān)大溪溝車站橋的相關(guān)結(jié)構(gòu)介紹大溪溝車站橋中心里程 47.963 km。該橋建于1996年，全橋共32孔，第1927孔為 三聯(lián)3X 64 m上承連續(xù)栓焊桁梁（單線梁），橋梁全長1311.4桁梁橋高約78 m主桁高為8 m,主桁中心距為 4 m,主桁桿件截面型式為 H型。縱梁疊置于橫梁之上，縱梁中心距 為2m。鋼桁梁固定支座設(shè)于第一聯(lián)第一孔的月山端，在第2、3聯(lián)均設(shè)于該聯(lián)第二孔的月山端。SS4原則上以5公里的倍數(shù)速度在橋上各2000年9月北京鐵路局橋檢隊對該橋的桁梁部分進(jìn)行了全面的

3、靜、動載試驗，通過分 析數(shù)據(jù)，以綜合評判該橋的技術(shù)狀態(tài)，提出橋梁的安全使用條件。動荷載試驗采用兩臺 改進(jìn)型電力機車聯(lián)掛，試驗速度從5 km/h79 km/h ,通過三次。橋墩tLHUUT7列車皿衛(wèi)桁梁m KOCCL fl? THE BXIDCE圖1車橋系統(tǒng)三維空間模型ANrU.R 17 DDJ1日：LT-52模型的建立 鐵道車輛與橋梁軌道線路是鐵路 輪軌運輸系統(tǒng)中不可分割的兩大組成 部分，二者并非孤立系統(tǒng)，而是相互 耦合、相互影響的。研究這樣的問題， 僅從某個單一系統(tǒng)著手，難以反映其 本質(zhì)。所以，應(yīng)用系統(tǒng)工程的思想， 將機車車輛系統(tǒng)與軌道系統(tǒng)作為一個 總體大系統(tǒng)，而將輪軌相互作用作為 連接兩個

4、子系統(tǒng)的“紐帶”，進(jìn)行研究， 才能更客觀真實地反映鐵路輪軌系統(tǒng) 的本質(zhì)。因此，根據(jù)此系統(tǒng)時變的特 點，將固定部分一一梁、墩、軌道和 移動部分一一列車兩部分分別建立振動微分方程，然后通過輪軌接觸方程，將兩部分聯(lián)系起來求解。列車在橋梁上通過時，機車、輪軌以及橋梁組成一個聯(lián)合的振動體系，車輛的豎向振動和橫向振動存在弱耦合，單獨研究車輛的豎向振動或橫向振動可采用二維平面模型。但是， 實際上由于軌道的不平順是空間的，加上列車的偏載作用，列車過橋時的振動必然是空間的， 用平面模型難以全面反映車輛過橋的真實狀態(tài)。因此，在計算資源允許的情況下，采用空間車橋耦合振動模型進(jìn)行動力仿真是必要的。根據(jù)侯月線澮河特大橋

5、的實際結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場實驗測試結(jié)果，本文應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS以桁梁部分第一聯(lián)的三跨為原型進(jìn)行仿真模擬，所建三維空間車橋模型如圖 1所示。3列車動載作用下橋梁的響應(yīng)在現(xiàn)有線路的基礎(chǔ)上， 對列車進(jìn)行提速是適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要的必經(jīng)之路， 梁在不同車速下的動力響應(yīng)成為制約提速實施進(jìn)程的一個重要因素。因列車在橋梁上通過時此系統(tǒng)為時變系統(tǒng)，不同的時刻列車相對于橋梁的位置發(fā)生了變化,質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣也發(fā)生了變化，只有在同一時間步長內(nèi)可以認(rèn)為是不變的，故由上述單元組裝而成的整個系統(tǒng)的動力平衡方程為變系數(shù)微分方程，只能采用數(shù)值積分的方法來求解。3.1 豎向撓度而研究現(xiàn)有橋200C-2050001

6、50200車體位置-40圖2橋梁第一跨中下弦節(jié)點豎向撓250(m)- - -Q - P器O e R孔- - -)mm (度撓向豎0車體位置(m)5010015200圖3橋梁第二跨中下弦節(jié)點豎向撓度圖2和圖3為仿真得到的列車以 跨中下弦節(jié)點的豎向撓度變化曲線。 振動；當(dāng)列車運行至跨中時，跨中節(jié)點豎向撓度達(dá)到最大；列車出橋時，橋梁振動會有所加 劇；當(dāng)列車駛過后，橋梁還會發(fā)生余振；第一跨中下弦節(jié)點動撓度為29.48 mm，實際測試值為28.87 mm，誤差為2%,可見模型仿真結(jié)果與先前的理論研究成果保持一致，模型具有 較大的可靠性。由于車橋耦合系統(tǒng)的豎向振動理論與實踐研究都很成熟，這里不再詳細(xì)介紹，

7、下面重 點討論橋梁的橫向振動。3.2 橫向振動當(dāng)列車通過橋梁時， 除了豎向振動外，還會發(fā)生橫向振動。一般中小跨度的橋梁，橋梁的橫向跨度所提供的橫向剛度已能保證車輛平穩(wěn)通過；然而對于大跨度的單線鐵路桁梁橋， 常常因為橫向剛度的不足而在列車過橋時引起較大的橫向振動，使司機和旅客感到不適。研究橫向振動的主要需的橋梁橫向剛度。長期以來，對于鋼桁梁橋橫向振動的基本規(guī)律尚不清楚。特別是大跨度單線鋼桁梁橋， 橫向剛度又是確定主桁架間距的依據(jù)，是設(shè)計及規(guī)劃中的重要內(nèi)容。由模態(tài)分析可知，本橋的橫向第一自振頻率為 徑為1.25 m，則引起橋梁橫向共振的速度為：X 1.25 X 1.61= 6.32 m/s (1)

8、的速度通過時，桁架橋第一、二跨 由圖可知，列車以一定的速度通過橋梁時，橋梁將產(chǎn)生20 m/s即 72 km/h1.61 Hz，SS4型電力機車未磨損車輪直v=7t86420 246 8- - -)mm(動振向橫mm幅 振圖4表示車速為7 m/s時桁梁第一跨中下弦 EE4節(jié)點橫向振動曲線。我們可以看出，列 車在橋上行駛引起的橋梁橫向振幅為6.30 mm;曲線的尾部(車體位置 200 m)即當(dāng)列車出橋時，振動加劇，這是由于列車出橋時，橋上活載質(zhì)量逐漸減小，橋梁結(jié)構(gòu)的變形勢能促 使橋梁結(jié)構(gòu)的振動加大，則振幅明顯大于前面列車在橋上行駛階段。表1列出了圖5中表示不同車速下，列車通過時第一跨中下弦節(jié)點的橫

9、向振幅最大值，模型仿真計算得到的不同車速下第二跨中上、下弦節(jié)點的橫向振動幅值。 由表1及圖5我們均可看到：列車行駛速度接近共振速度時橋梁橫向振幅最大；當(dāng)車速增加，逐漸偏離共振速度，橋梁振幅有所減小，至 v=25 m/s時振幅最??；而后車速再進(jìn)一步增加時，振幅又隨著 速度的增加而有所增大，表1中數(shù)據(jù)與圖5中曲線走向趨勢一致?？梢姌蛄旱臋M向振動幅值 與列車行駛速度并不是簡單的線性關(guān)系。表1不同車速下第二跨中上、下弦節(jié)點振幅車速v(m/s)1015253341上弦振幅(mm)5.123.211.611.741.88下弦振幅(mm)5.234.222.032.112.02從表1中還可看出：無論車速多大

10、，下弦節(jié)點橫向振幅明顯大于相應(yīng)上弦節(jié)點，這與橋梁測試報告中的結(jié)果一致。從現(xiàn)場調(diào)查可以確認(rèn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有兩個：一是結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，兩側(cè)上弦有橫梁相聯(lián)接，而且在中間每隔8 m節(jié)點處，均有橫梁將兩側(cè)弦桿聯(lián)接， 使上承平面構(gòu)成一個剛度較大的整體，而下弦兩側(cè)主要靠平聯(lián)連接，平聯(lián)截面很小，對下弦上下行兩座單 這就使得上承桁梁平面的整體剛度影響不大。 二是現(xiàn)場設(shè)置的輔助設(shè)施增強了桁梁的橫向剛度， 線梁間以厚鋼板相連并頂緊，使上承平面參與振動的結(jié)構(gòu)剛度大為增加， 上弦振幅較小。L的關(guān)系為:A與跨度4結(jié)論我國從大量實測結(jié)果中總結(jié)出簡支鋼桁梁橋橫向水平振幅A L/15000 , L 100 m(2)本橋按

11、照(2)式計算所得允許振幅為 5 mm實際檢測及仿真計算中橋梁橫向振動幅值均比上述規(guī)定值稍大，而且引起橋梁共振的速度恰好在一般列車過橋行駛速度附近，可見橋梁的橫向剛度存在一定缺陷，建議采取措施進(jìn)行加固。提速的工程實踐和振動理論分析表明， 橋梁橫向動力響應(yīng)過大，不僅影響橋上行車舒適 度和平穩(wěn)性，同時使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力， 還會影響橋上線路的穩(wěn)定，增加額外維修工 作量。因此必須降低橋梁橫向動力響應(yīng)，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和提速列車的安全運行。為解決此問題，經(jīng)濟的辦法是建立車輛與橋梁耦合振動模擬系統(tǒng)，用該系統(tǒng)模擬各種行車速度下的橋梁振動響應(yīng)，對全線橋梁進(jìn)行檢算； 然后選擇典型橋梁進(jìn)行實測，對計算分析進(jìn)行

12、驗證，以保證模型的可靠性。對檢算出的橫向聯(lián)系較弱的橋梁，應(yīng)進(jìn)行橫向加固，以提高其整體性能。奔波在俗世里，不知從何時起，飄來一股清流，逼著每個人優(yōu)秀。人過四十，已然不惑。我們聽過別人的歌，也唱過自己的曲，但誰也逃不過歲月的審視，逃不過現(xiàn)實的殘酷。如若，把心中的雜念拋開，茍且的日子里，其實也能無比詩意。借一些時光，尋一處寧靜，聽聽花開，看看花落，翻一本愛讀的書，悟一段哲人的贈言，原來，日升月落，一切還是那么美。洗不凈的浮沉，留給雨天；悟不透的凡事，交給時間。很多時候，人生的遺憾，不是因為沒有實現(xiàn)，而是沉于悲傷，錯過了打開心結(jié)的時機。不明花語，卻逢花季。一路行走，在漸行漸遠(yuǎn)的時光中，命運會給你一次次

13、洗牌，但玩牌的始終是你自己。坦白的說，我們遇到困擾，經(jīng)常會放大自己的苦，虐待自己，然后落個遍體鱗傷，可憐兮兮地向世界宣告：自己沒救了！可是，那又怎樣？因為，大多數(shù)人關(guān)心的都是自己。一個人在成年后，最暢快的事，莫過于經(jīng)過一番努力后，重新認(rèn)識自己，改變自己。學(xué)會了獨自、沉默，不輕易訴說。因為，更多的時候，訴說毫無意義。傷心也好，開心也好，過去了，都是曾經(jīng)。每個人都要追尋活下去的理由，心懷美好，期待美好，這個世界，就沒有那么糟糕?；蛟S，你也會有這樣的情節(jié)，兩個人坐在一起，雜亂無章的聊天，突然你感到無聊，你渴望安靜，你想一個人咀嚼內(nèi)心的悲與喜。透過窗格，發(fā)著呆，走著神，搜索不到要附和的詞。那一刻，你明

14、白了，這世間不缺一起品茗的人，缺的是一個與你同步的靈魂。沒有了期望的懂，還是把故事留給自己吧！每個人都是一座孤島，顛沛流離，浪跡天涯。有時候，你以為找到了知己，其實，你們根本就是兩個世界的人。花，只有在凋零的時候，才懂得永恒就是在落紅中重生；人，只有在落魄的時候，才明白力量就是在破土中崛起?因為防備，因為經(jīng)歷，我們學(xué)會了掩飾，掩飾自己內(nèi)心的某些真實，也在真實中，揚起無懈可擊的微笑，解決一個又一個的困擾。人生最容易犯的一個錯誤，就是把逝去的當(dāng)作最美的風(fēng)景。所以，不要活在虛妄的世界，不要對曾經(jīng)存在假設(shè)，不要指望別人太多。有些情，只可隨緣，不可勉強；有些人，只可淺交，不可入深；有些話，只可會意，不可說穿?；蛟S，有這么一段情，陪你度過漫長冰冷的寒冬；有那樣一個人，給你抑郁的天空畫上了溫暖的春陽。但時光，總會吹散很多往事，把過去一片片分割，移植到不同區(qū)域，并貼上標(biāo)簽，印著不同的定義，也定義著自己的人生態(tài)度。即便，一份靜謐的從容