地震作用下铁路部分斜拉桥动力性能研究

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1、地震作用下铁路部分斜拉桥动力性能研究1引言1.1研究背景部分斜拉桥的结构体系多变并且具有刚柔并济的结构特点。它的出现，很好地填补了刚性桥和柔性桥之间的空白。它具有较矮的索塔、较大刚度的主梁、较小的斜拉索倾角以及斜拉索集中布置等特点，展现出了很好的力学特性。另外，部分斜拉桥具有外形美观、跨度灵活、施工方便、经济性能好等优点，越来越显示出巨大的发展潜力和极强的竞争力。自世界上第一条高速铁路建成以来，其对解决各大城市之间的交通问题以及促进经济、社会发展起到了越来越重要的作用。随着列车运行速度的大幅提升，列车运营班次也逐渐增加。以京津城际列车为例，它的最小发车间隔已缩短至10分钟，高速列车的公交化运

2、营趋势已经显现。所以相较于过去，在地震发生频率较高的区域，地震发生时列车正行驶在桥梁上的概率大大提髙。地震是一种自然现象，是地壳运动急剧变化的产物，对结构而言是一种偶然荷载。它是严重危害人类的一大自然灾害，常常带来毁灭性的的后果。近10多年来，全球发生多次破坏性地展，其中影响较大的有：1994年的美国Northridge地震(M6.7)、1995年日本阪神大地震(M7.2)、2008年中国汉川地展(M8.0)等等。地蔑发生时，桥梁受到地震的作用会产生强烈的振动，直接影响桥梁结构和桥上运行列车的安全。2004年1日本发生新浑地展，一列以200kni/h行驶在高架桥上的朱鹤325号列车发生脱轨事

3、故，从而打破了长达40年的新干线列车从不脱轨的神话，如图1-1所示。2010年台湾南部发生6.7级地震，一列以250km/h行驶的高速列车发生脱轨事故，列车的出轨不但造成车辆失去电力，而且轨道部分也出现扣件脱落情形，如图1-2所示。由于地理位置的原因，我国属于地震多发区域，历史上发生过多次灾难性地展。2.1.2部分斜拉桥的发展概况该桥型的设计理念源于瑞士的桥梁设计师ChtistianMenn，他在1980年设计了瑞士甘特大桥，是斜拉-连续体系桥梁的先驱。甘特大桥的主梁通过预应力混凝土斜拉板张拉在桥塔上，这种斜拉板实质就是刚性的斜拉索。甘特大桥为其后部分斜拉桥的出现奠定了基础⑴，如图1-3。1

4、988年，法国工程师J?Mathivat在设计位于法国西南的阿勒特?达雷高架桥的替代方案时，首次明确提出了部分斜拉桥的概念。虽然这个方案没有实施，但影响却是深远的。之后这种桥型在日本获得极大的发展。日本于1994年建成了第一座真正意义上的部分斜拉桥，即小田原港桥，如图1-4。其后这种桥在日本得到迅速发展，先后建成了屋代南、北铁路桥、冲原大桥、蟹泽大桥、唐户新桥等多座桥梁。2001年，日本木曾川桥和揖斐川桥中首次引入混合梁、多塔的概念，其中木曾川桥为五跨连续公路桥，三个主孔跨度达到275ni，标志着部分斜拉桥发展又达到一个新的高度。主梁采用混合梁结构，使得部分斜拉桥的跨径得到极大的提高。为了减

5、轻结构重量，更好地发挥材料性能，日本首次采用了波形钢腹板主梁和体外预应力索。据统计截止2005年，日本已建成部分斜拉桥27座，桥梁跨度最大达到275m,桥宽最大宽度33m，主梁从预应力混凝土梁发展到波形钢腹板箱梁，以及预应力混凝土与钢梁的混合梁结构，极大地丰富了桥梁结构类型。2东平水道部分斜拉桥的自振特性分析2.1工程概况珠江三角洲城际轨道交通广佛环线项目，佛山西站至广州南站段经佛山市郊区时通过大片城市排错区。东平水道特大桥通过佛山市禅城区张槎镇、南庄镇及顺德区乐从镇境内，桥梁全长6868.9m。东平水道属北江水系，规划II级航道，桥位百年设计流量3488niVs，桥下最高设计通航水位7.1

6、24m，通航净空不小于10m，是珠江三角洲河网区由广州通往西江干流距离最短的黄金水道。考虑通航要求和美观协调，上跨东平水道主桥采用(96+176+96)m双塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥。使用该结构可以方便地适应各种轨道结构，使噪音问题和结构有效高度问题得到明显改善、结构的刚度也较钢術梁明显增强、后期养护维修的工作量和工程造价大大降低。此外，可以有效地降低该区间的线路标高，节省了区间造价及总投资。桥址范围属于珠江三角洲海陆交互平原地貌，该地段地形较为平坦开阔，多为鱼塘、菜地、村庄及厂房。线路横跨东平水道，沿线道路交错，交通便利。桥址区上部为第四系全新统人工填土、第四系全新统海陆交互沉积粉质黏

7、土、游泥质土、游泥、粉土及砂类土，下伏下第三系始新统砂岩、泥岩。根据《中国地震动参数规划图》（GB18306-2001)和《建筑抗震设计规范》(GB500U-2001)综合分析，桥址区地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度7度区，设计地震分组为第一组，地展动反应谱特征周期为0.45s。桥位场地土等效剪切波速值为Vse-n7.8~443.8m/s，根据《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)(2