高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究.pdf
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1、6 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 文章编 号 : 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 0 6 - 0 4 高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究 尹 京 , 王 巍 , 刘鹏辉 , 姚 京川 , 孟 鑫 , ( 1 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所 , 北京1 0 0 0 8 1 ; 2 中国铁道科学研究院 高速铁路轨道技术国家重点实验室 , 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘 要 : 通 过测 试 ( 4 8+ 3 8 0+ 4 8 ) m 大跨 度预 应 力混 凝 土连 续 梁的 自振 特 性
2、和 试 验货 车 、 C R H 2动 车组 以各种速度通过桥梁时的动力响应, 结合理论计算分析, 对 大跨度连续梁动力性能进行分析和评价。结 果表 明: 引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应, 竖向加载频率主要取决于列 车速度 和 车长 ; 列车荷 载 激励频 率和 大跨 度预 应 力混凝 土连 续 梁的某 阶 自振 频 率相吻 合 时 , 桥 梁的振 动 响应 出现峰值 , 各跨振动响应峰值与该阶 自振频率对应的振型形状有关; 实测梁体动力响应均符合相关 规 范要 求 , 能够 满足 列车运 行安 全性 和平 稳性 的要 求 。 关 键词 : 大跨 度预应 力混凝 土连
3、 续梁 动 力性 能 试验 研 究 中图分 类号 : U 4 4 6 1 文献标 识码 : A 关 于高 速列 车作 用 下 桥 梁 动 力 响应 问题 的研 究 , 松浦章夫 , F r y b a 等人建立了比较完善的力学模型 和运动方程 。由于高速列车作用下桥梁结构的动力响 应会直接影响轨道线路 的平顺性 , 影响行车安全和旅 客舒 适 度 , 因此对 这 些 大跨 度 桥 梁 的动 力 性 能试 验 研 究非常重要 。本文 以( 4 8+38 0+4 8 ) m大跨度 预应力混凝土连续梁为例 , 结合理论计算分析 , 对大跨 度 预应 力 混凝 土连续 桥 梁进 行动 力学 分析 和评
4、价 。 1 试 验概况 ( 4 8+3 8 0+ 4 8 ) m 大跨 度 预 应 力混 凝 土 连续 梁 桥全长 3 3 7 5 I n , 端支座处 、 边跨直线段和跨 中处梁高 4 0 m, 中支点处梁高 7 0 m, 横截面为直腹板 , 单箱单 室 , 底宽 6 7 n l , 顶板宽 1 3 I n , 顶板厚 4 5 c m。桥上线路 为 有砟 轨道 , 直线 、 平 坡 。采用 双 K Z Q Z曲面球 型减 隔 震支座 , 横桥向支座 中心距 5 3 m。桥墩为圆端形实 心墩 , 嵌岩桩基础 , 墩高 1 0 6 5 m。全桥概貌见图 1 。 理论计算采用通用有限元软件 T D
5、 V建模 , 全桥 以 梁单元模拟 , 纵向固定支座位于第 3跨 3号桥墩上。 列车荷载按实际试验编组分为试验货车和动车组 两种 : 试验货车编组为 H X D 。 +1 2辆 c 。 ( 重)+1 3辆 C 。 ( 空 ) , 试验 速度 为 8 01 2 0 k m h , 如 图 2 。 收稿 日期 : 2 0 1 1 一 i 1 1 8 ; 修 回日期 : 2 0 1 1 1 2 - 1 0 基金项 目: 铁道部科技研究开发计划项 目( J 2 0 1 0 G 0 0 5 ) 作者简介 : 尹京( 1 9 8 3 一) , 男 , 天津市人 , 助理研究员, 硕士。 1 ( 4 8+3
6、8 0+4 8) I n连 续 梁 桥 概 貌 动车组为 C R H 2空 车 , 8节 编 组 , 试 验 速度 为 1 8 0 2 7 5 k m h , 如 图 3 。 车一桥耦合作用是包 含轮轨相互 作用 的复杂过 程。本文将采用一种快速建模 和计算 的方法 , 将列车 模拟成一系列间距的集中荷载 , 作为移动荷载来计算 , 不考 虑 质 量 移 动 , 以 隐式 时 间 推 进 为 基 础 , 遵 守 N e w ma r k 法 。通过这 种方 法既 可 以得到 相对 满 意 的结 果 , 又可快速计算 由车辆 高速经过桥梁所 引起 的动力 效应 , 快速找到可能的共振速度 , 为
7、实际运营试验提供 指 导 。列 车的理 想模 型如 图 4所 示 。 2动力特性分析 2 1自振频 率 通过 有 限 元 模 型 模 态 分 析 可 以 得 到 ( 4 8+3 8 0+ 4 8 ) m连 续梁前 四阶振型 以及 相应 的 自振 频率 值 , 分别如图 5和表 1所示。将 自振频率理论值和实 测值( 脉动法 ) 进行比较 , 可 以看 出结构 自振频率实测 值略大于理论计算值 , 这 主要是 由实际混凝土弹性模 2 0 1 2年第 4期 高速铁路大跨度 预应 力混凝土连续梁动力 性能试验研究 7 垦 蠡 虽 弱 虽 虽垦 弱 2 6 2 2 禽 6 3 7 露 器 6 3 7
8、嚣 豁 7 3 8 嚣 器 7 3 8 器 rq 一 一 一 一 一 一 一 一 H X DI c 机车 1 2 j C 8 0 重车 l 3 辆c 7 0 空车 图 2 试验货车 编组 ( 力单位 : k N; 距离单位 : m) 虽 墨 墨 墨曼 墨 墨 墨墨 墨 虽 墨墨 墨 曼 呈墨 墨 虽 虽墨 墨 虽 虽墨 墨 曼 墨墨 墨 虽 墨 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 5 1 5 列车( 多点荷载) 图 3 动车组编组 ( 力单位 : k N; 距离单位 : m) 图 4 列车理想模 型示 意 ( a ) 1 阶对 称竖弯, =1 8 0 H z ( b ) 2
9、 阶反对称 竖弯, =2 5 9 H z ( c ) 3 阶对称竖弯, =3 5 8 H z ( d ) 4 阶反对称竖弯, ;5 1 2 H z 图 5 梁体前 4阶竖 向振型 表 1 梁体竖 向 自振频率值H z 量 大于 理论 值所 致 。 2 2跨 中竖 向振 幅 实测试验货车 、 动车组作用下竖向强振频率 与行 车速度关系分别如 图 6和图 7所示。试验货车 、 动车 组作用下竖 向强振频率 与速度呈线性关系 , 梁体强振 频率与速度的拟合直线 的斜率接近试验货车和 C R H 2 动车组车辆车长 的倒数 除以 3 6 ; 可见 引起大跨度连 续梁竖向振动的主要激振源是列 车的移动荷
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