96m钢箱系杆拱桥动力响应及行车安全性分析.pdfVIP

第 34卷 ，第6期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．34 No．6 2013年 11月 CHINA RAILWAY SCIENCE November，2013 文章编号：1001—4632 (2013)06—0021—09 96m钢箱系杆拱桥动力响应及行车安全性分析 朱志辉 ，朱玉龙 ，余志武 ，郭向荣 (1．中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075； 2．中南大学 高速铁路建造技术国家工程试验室，湖南 长沙 410075) 摘 要：采用有限元方法建立轨道一桥梁三维空问模型 ，采用多刚体动力学方法建立31个 自由度车辆模 型，应用非线性赫兹接触模拟轮轨之问可分离的接触关系，根据轮轨间的位移协调条件建立车一线一桥耦合系 统动力方程。采用显示积分与隐式积分相结合的数值积分方法分别求解车辆和桥梁的动力方程，然后进行耦合 系统动力响应分析。运用该方法对京沪高速铁路某四线 96tel跨度钢箱系杆拱桥的动力响应及行车安全性能进行 分析。结果表明：该大跨度钢箱系杆拱桥拥有足够的竖向和横向刚度，满足动力特性和列车走行性的各项指标 要求；车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力符合规范要求。针对我国现行规范规定的准静态轮重减载率在 评判高速列车运行安全性时偏于保守的问题 ，建议综合考虑动态轮重减载率、轮重减载率超限持续时间以及轮 重减载率超越概率等多项指标，对列车运行的安全性进行综合判断。 关键词：钢箱系杆拱桥；大跨度；耦合振动；动力响应；行车安全；轮重减载率；高速铁路 中图分类号：U448．217；U221．5 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1001—4632．2013．06．04 随着高速铁路的发展，我国建设了大量新型大 向移动荷载代替列车模型，运用Ritz’S能量法研究 跨度桥梁以适应高速铁路跨线和特殊地形的需要。 了钢拱桥的动力响应问题。文献EloJ借助有限元方 由于大跨度桥梁的柔性大，列车高速通过时引起的 法研究了钢拱桥三维空间振动特性及列车动力荷载 桥梁动力响应也相应增大，可能给高速列车的行车 作用下的动力响应问题。但文献 [9]和文献 [1O] 安全带来问题。因此，高速列车通过大跨度桥梁时 的研究均没有考虑轨道结构的影响，且仅计算了桥 的动力响应特点和列车走行安全性成为重要研究 梁空间动力响应 。 内容 。 在 以上研究的基础上，本文以京沪高速铁路上 在 以往的车一桥耦合振动中，主要是针对中小 跨济兖公路的1座 96m简支钢箱系杆拱梁组合桥 跨度的简支梁桥[3]，对大跨度桥梁的车一桥耦合 为研究对象，采用有限元方法建立轨道～桥梁三维 振动研究起步较 晚。夏禾、李 小珍、崔圣爱、 空间模型，考虑列车动力荷载作用下的轨下结构弹 Kwak分别针对实际工程中的不同类型的大跨度桥 性变形，基于多刚体动力学理论建立考虑二系悬挂 梁，采用轮轨密贴假定，同时认为钢轨与桥面无相 的31个 自由度的车辆模型，并利用轮轨问可分离接 对运动，忽略轨下结构弹性变形影响，分析了高速 触关系，建立车～线一桥耦合系统空问整体动力分 列车通行下的大跨度桥梁动力响应和车辆走行性能 析模型。研究单侧双线行车和全桥四线行车工况下 指标 [】 。郭文华通过建立桥梁一轻轨车一汽车 的桥梁动力响应及列车走行性能，并针对轮重减载 耦合系统的空间振动方程，讨论了二期恒载对大跨 率超限的情况，提出新的列车行车安全性评判建议。 度桥梁 自振频率和车桥耦合振动响应 的影响规 律[7]。文献E8]针对 1座铺设有砟轨道的7跨钢一 1 工程概况 混凝土组合梁桥，采用理论分析和现场