PC简支梁桥墩承受列车制动力的动力分析.pdfVIP

‘工程力学增刊 1999年 ·707· PC简支梁桥墩承受列车制动力的动力分析 李宏年陈丹华 (北方交通大学北京Iooo“) 摘要 本文提出了Pc简支粱铁路桥制动力作用下的桥墩简化模型，并对3种跨度、不同墩高的圆端 形重力式桥墩进行了非线性动力分析．确定了桥墩制动力动力系数． 关键词 制动力，桥墩，动力分析 1力学模型与动力方程 列车制动力是影响铁路桥梁墩、台设计的重要荷载之一。列车制动试验和理论分析均 已证明．列车制动力在停车前瞬间达到峰值。具有冲击荷载特征。跨度s40m的Pc简支 粱桥桥墩(以下简称“桥墩”)，在承受列车制动力时具有特殊性，其受力模型可大为简 化。由于这种桥梁在铁路桥梁总数中所占比重很大，因此，对其进行制动力作用下的动力 响应分析并确定动力系数，具有重要的实用价值。 1．1受力特性 桥墩在列车制动力作用下具有以下特性： 1)桥台以及台后路基的纵向刚度比桥墩大的多。当粱跨和墩高一定时．一个桥墩承受 制动力的大小随桥梁长度的减小而减小。因此，长桥中部范围的桥墩为最不利受力墩。 2)机车制动力一般大于车辆制动力。但由于线路结构传递纵向力的作用明显，机车产 生的制动力将有一部分通过钢轨传至前方，因此，对桥墩影响最大的是位于列车中部的车 辆制动力，故本文制动力时程按我国主型c62重载货车取值。 3)当一孔粱上的车辆制动力达到其峰值时，前、后邻孔上的车辆制动力亦达到或接近 峰值，轨面制动力处于相互传递状态。因此可以认为，作用于该孔粱的轨面制动力几乎全 部由固定支座所在桥墩承受．也就是说，粱缝处由制动力引起的钢轨内力近似为零。 4)虽然经过一孔梁上的车辆在不断变化，但作用在该孔梁上的列车制动力时程p(f)却 与一节车辆产生的制动力时程变化规律一致。作用于一孔梁的制动力时程可表示为 车宏年．男．1蛄5石出生。工学学士，翻#授 北方交通大学基垒资助项日 ·708· ‘工程力学增刊 1999年 pO)=p-p。O) 式中p=，／L，，、fv分别为一孔粱两侧粱缝中心距及一节c62系列货车的统计长度 本文取Z。=13．4m。 1．2力学模型 本文着重研究考虑实际pO)作用与将p(f)一作为静荷载作用时墩顶的最大位移的差 别。因此，将墩底截面假设为固端，由此引起的计算误差甚微．此外，大量计算表明：当 墩顶受水平冲击荷载时，重力式桥墩第一振型的墩顶位移响应占总位移响应的95％以上， 从而可利用广义坐标将墩身结构简化为单自由度体系。 根据以上分析及假定，列车制动力作用下桥墩的动力分析模型将大为简化。在图I中 取虚线内结构作为隔离体，得到图2所示3自由度剪切模型。 也 仉 一…一J ％蠢誊 图1长桥中部结构 图2桥墩简化模型 1．3动力方程 对图2所示模型，用矩阵形式表达的动力方程为 M·雷+C·t+五-v=P(f) (2) o)7为荷载向量：F、t、p分别为加速度、速度和位移向量； 式中，P(f)=扫(f)o ^f、Cj五分别为质量、阻尼和刚度阵。 2动力参数的确定 2．1质量参数 质量参数确定如下：轨枕垫上质量m．=m，·，，m，为每延米正轨质量；轨枕垫下与 m：、mN分剐为护轨、轨枕和道 道碴弹簧之间质量m2=(m∥+m，+0．4mM)·f，mF、 ‘工程力学增刊 1999年 ·709· 支座)，“d为托盘、顶帽扣除墩身截面后的质量，册。为简化到墩顶的墩身广义质量。 2．2轨枕垫与