城际轨道交通加劲钢桁梁桥车桥耦合动力性能研究

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1、城际轨道交通加劲钢桁梁桥车桥耦合动力性能研究摘要：文章根据车桥耦合振动分析理论，针对穗莞深城际轨道交通东江南特大桥主桥（143+264+143）m加劲钢桁梁桥采用空间有限元建立全桥动力分析模型，对桥梁的空间自振特性进行计算，并对该桥梁在CRH2动车组列车通过下进行车辆和桥梁振动耦合性能研究，评价该桥的自身的动力特性和CRH2动车组通过时运行的舒适性和安全性，为该桥的设计提供参考依据。中国8/vie　　关键词：城际轨道交通；加劲钢桁梁桥；车桥耦合；动力性能；桥梁工程文献标识码：A　　中图分类号：U448：1009-2374（201

2、7）04-0098-02DOI：10.13535/j.ki.11-4406/n.2017.04.050　　1概述　　近年来，随着铁路车辆行车速度不断提高，使得车辆与结构动力相互作用这一话题日益得到广泛的关注。列车-桥梁空间耦合振动分析模型是由车辆计算模型、桥梁计算模型按一定的轮轨运动关系联系起来而组成的系统，车桥耦合的研究是运用车辆动力学与桥梁结构动力学的研究方法，将车辆与桥梁看作一��联合动力体系。检算桥梁的自振频率、跨中竖向与横向动位移、跨中竖向与横向加速度、墩顶横向位移与加速度；检算机车车辆的安全性和舒适度指标，包括脱轨系

3、数、轮重减载率、竖横向加速度及Sperling舒适度指标。评价桥梁的动力性能以及列车运行安全性与舒适性，为梁桥的设计提供参考依据。列车-桥梁空间耦合振动分析模型是由车辆计算模型、桥梁计算模型按一定的轮轨运动关系联系起来而组成的系统，按照振动的相关方法来进行计算。　　2项目概况及桥梁分析模型的建立　　东江南特大桥位于穗莞深城际轨道交通洪梅至深圳机场段，该桥主桥为（143+264+143）m加劲钢桁连续梁，最高设计速度140km/h，二期恒载106.0kN/m。该桥主桁为“N”字型，由上弦杆、下弦杆、加劲弦和腹杆组成，加劲弦高36m

4、。两片主桁的横向中心距（桁宽）13m，桁高18m，主桥跨度布置为（143+264+143）m。主梁采用加劲钢桁梁，两片主桁的横向中心距（桁宽）13m，平行弦桁架高18m。加劲弦部分呈悬索状，最高36m，全桥除边墩、中墩部分斜腹杆设置桥门架外。桥面采用正交异性板钢桥面，主桁中心距13m，线间距4.2m，道碴槽（内到内）7.9m，钢桁梁：主桁下弦、上弦、加劲弦采用Q370qE钢；桁腹杆和吊杆截面编号为14、17、18、25、27～32者采用Q370qE钢，其余采用Q345qD钢；桥面系、平联、横联等采用Q345qD钢。　　分别采用软

5、件MIDAS和桥梁结构动力分析软件BDAP，来建立穗莞深城际轨道交通东江南特大桥主桥加劲钢桁梁方案的动力分析模型。将桥面、主桁、加劲弦及桥墩等离散为相应类型单元，最终得到全桥动力分析模型。模型中单元共2547个，节点1353个。　　3桥梁自振特性分析　　东江南特大桥主桥加劲钢桁梁桥，主桁宽13m，中跨宽跨比1/20，加劲弦部分呈悬索状，最高达36m，这相对提高了主梁的竖向刚度，竖弯基频较大0.79Hz，出现在第3模态；横向刚度则较弱，横向弯曲作为第1振型出现，该模态纵向和竖向没有参与质量，而横向参与质量比占7.56%；东江南特大

6、桥主桥中墩高34.2m，主梁和墩之间在177#墩设置固定支座，这使得结构在第2阶出现纵漂振型。该模态竖向参与质量比占0.04，而纵向参与质量比达到30.69%；由于加劲桁及横联的贡献，使得主梁具有较大的抗扭刚度，结构扭转振型在第7阶出现，扭频为1.17Hz，扭弯频率比为，且该模态纵向和竖向均没有参与质量，竖向参与质量比仅占0.3%，因此本桥结构具有足够的抗风性能和良好的抗震性能。　　4车桥耦合动力仿真分析　　根据前述计算模型与计算原理，运用BDAP对该梁进行车辆和桥梁的动力响应分析，从而得到车辆和桥梁的动力参数，其中包括Sper

7、ling指标、CRH2动车组车辆的横向和竖向加速度的最大值、列车的脱轨系数、车轮的轮重减载率指标、该桥梁对应的横向和竖向的振动情况的加速度、桥梁最大位移、桥梁墩顶的振动加速度参数、桥梁墩顶部的位移参数，导出了这些动力作用下而产生的时程曲线。在国产CRH2动车组作用下计算得到的桥梁位移响应，加速度响应，车辆响应。　　5主要结论　　针对穗莞深城际轨道交通东江南特大桥主桥加劲钢桁梁桥，计算了地基土层和桩基的相互影响，采用通用有限元软件，建立该桥动力作用的模型，首先，对该桥的自振情况进行了分析；其次，对该桥在国产CRH2高速列车作用下的

8、车桥空间耦合振动进行了分析，用Sperling指标来评价车辆作用下乘车的舒适性。参考《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（GB5599-85）和《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》（TB/T2360-93）两本规范标准评价了该桥的车桥耦合性能。其主要