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《基于桥梁基准有限元模型的列车_桥梁空间耦合振动分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第32卷,第2期中国铁道科学Vol32No22011年3月CHINARAILWAYSCIENCEMarch,2011文章编号:10014632(2011)02004107基于桥梁基准有限元模型的列车桥梁空间耦合振动分析1,21,2肖祥,任伟新(1.中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075;2.中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室,湖南长沙410075)摘要:以武汉天兴州公铁两用大桥为研究背景,基于大桥通车前环境振动试验得到的模态识别参数对依据设计图纸建立的桥梁初始
2、有限元模型进行修正,建立反映桥梁真实动力行为的基准有限元模型。基于该基准有限元模型,建立大桥列车桥梁空间耦合振动方程,采用模态综合法,进行单线行车、双线并行和双线对开工况下的列车桥梁空间耦合振动分析,并对车辆运行的舒适性和安全性进行评估。结果表明,在上述各工况下,列车通过该桥时,车辆的各项动力学性能指标值均满足规范规定要求,列车行驶的安全性和平稳性均较好;桥梁中跨跨中最大横向位移为152cm,最大竖向位移为105cm,相应的竖向、横向挠跨比分别为1/4800和1/33158,均满足铁路桥梁检定规范要求,说明该桥具有足够的横
3、向和竖向刚度。关键词:桥梁;基准有限元模型;环境振动;车桥耦合;模态分析中图分类号:U441文献标识码:A随着铁路列车速度不断提高,桥梁(线路)结构置为98m+196m+504m+196m+98m,主梁承受的动力作用越来越大,列车自身的动力响应也采用3片主桁结构。主桁节间14m,桁宽30m,越来越大。运行列车过桥时,移动车辆对桥梁的动桁高152m。在斜拉桥98m锚跨及相邻边跨5个力冲击作用直接影响桥梁的工作状态和使用寿节间段,上弦杆顶面与混凝土桥面板通过剪力钉相[1]命。因此,车辆桥梁(线路)的动力相互作用是结
4、合,其余与正交异性钢桥面板结合为一体。每个[27]铁路工程领域的研究热点。已往研究中的有限主塔及桥墩在3片主桁下均设竖向支座,支座为滑元模型都是依据桥梁设计图纸建立的。然而,对既板式铸钢支座,纵向为活动,2个主塔的横梁与主有桥梁或刚修建桥梁进行车桥耦合振动动力分析桁之间设纵向液压阻尼支座以传递纵向力。主塔为时,依据原始设计图纸建立的桥梁有限元模型往往钻石型,混凝土结构,塔高190m,全部为空心矩与结构实际工作状态有一定的出入,有时会很大,形断面。下塔柱高为29288m,中塔柱高为给车辆桥梁空间耦合振动分析带来较大误差。基96
5、724m,上塔柱高为62488m。该桥为世界上于桥梁环境振动试验,根据试验结果对依据原始设跨度和载荷最大的公铁两用斜拉桥。上层为6车道计图纸建立的桥梁有限元模型进行修正可得到桥梁公路,下层为4线铁路2线客运线、2线∀级实际工作模型,从而可以更合理地进行桥梁结构分干线,其中上游侧1,2线为客运专线,设计车速-1[810]为200km#h;下游侧3,4线为∀级干线,天析。本文以武汉天兴州公铁两用大桥为研究背景,基于该桥通车前环境振动的实测数据,获得桥兴州大桥跨径布置和典型横断面如图1所示。梁实际工作模型,进行车桥耦合振动
6、分析。武汉天兴州大桥正式通车之前,对全桥进行了基于环境振动的动力试验。测试内容包括全桥各测1工程简介点竖向、横向以及纵向的加速度时程。在公路桥面两侧对应每根拉索位置、支座位置和边跨跨中均设天兴洲大桥主桥为双塔3索面斜拉桥,跨径布测点,共布设了150个测点。整个测试分成15个收稿日期:20100820;修订日期:20101115基金项目:国家八六三!计划项目(2009AA11Z101)作者简介:肖祥(1979),男,湖北武汉人,博士研究生。42中国铁道科学第32
7、卷建立初始有限元模型。主梁钢桁架各杆件,包括上下弦杆、竖杆、斜杆、纵横梁、平联斜撑与横撑等,采用三维等截面梁单元BEAM4模拟,索锚固点、主横梁交点为梁单元的自然节点,共15470个单元;混凝土桥塔是变截面梁,采用三维变截面梁单元BEAM44模拟,共有894个单元;斜拉索采用只拉不压的三维杆单元LINK10模拟,每根索取为1个单元,共192个单元;对公路正交异性钢桥面板与U型肋作了简化处理,将它们作为1个整体,并等效成等厚的面板。它和公路混凝土桥面板均采用板壳单元SHELL63模拟,且板单元与梁单元固接,共有2808个板壳单元;压
8、重块采用集中质量单元MASS21模拟,共30个单元;护栏等非结构构件的质量简化后与锚头的质量一并加到斜图1天兴桥立面图和典型横断面图拉索与主梁相连的锚头处,也采用MASS21单元模拟,共192个单元。主梁与塔为活动铰支座,基组进行,每组包括10个
