大跨度铁路桥车致纵向振动及管控研究

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1、大跨度铁路桥车致纵向振动及管控研究第1章绪论1.1大跨度铁路斜拉桥概述斜拉桥也叫斜张桥，是一种由若干斜向拉索将主梁悬吊在塔柱上的桥梁。其主要组成部分是主梁、拉索和塔柱，其中主梁以受压或受弯为主，塔柱以受压为主，拉索仅承受拉力⑴，传力（主梁恒载及作用在主梁上的活载）途径为：拉索塔柱4塔柱基础地基。而主梁就像一根多点弹性支承的连续梁一样工作，其截面比相同跨径的梁桥截面尺寸小得多，从而大大减少了主梁的材料用量，明显减轻了结构自重，大幅增强了桥梁的跨越能力[2]。斜拉桥发展初期，由于科技水平低，理论与技术方面尚不成熟，使得

2、这种结构没有得到较大的发展。自1938年德国工程师Dishinger重新认识到斜拉桥这种结构体系的优越性[3]，随着设计理论和施工技术的进步，以及高强度材料的应用，这种造型新颖、形式多样的桥式开始得到很快的发展，特别是在大跨度（300?1000m)范围内具有较强的竞争力[4]。现代斜拉桥的发展可以追溯至1955年在瑞典建成的主跨为182.6m的新斯特罗姆海峡钢斜拉桥，之后，随着科学的进步和高强度钢材的出现，斜拉桥以平均每年一座的速度为世界桥梁史做着贡献。直到1994年，法国修建了诺曼底海峡大桥，它是一种类似悬索桥的

3、缆索承重桥，主跨856m，主梁采用正交异性钢箱梁，第一次将斜拉桥带入了悬索桥独有的特大跨径领域[5]，此后，斜拉桥的发展速度越来越快。但是，相比公路斜拉桥的发展速度，铁路斜拉桥的发展是极其缓慢的。这是因为随着斜拉桥跨径的增大，桥面结构越来越柔，并且由于铁路荷载大，其振动问题比公路斜拉桥更加突出。..1.2大跨度斜拉桥纵向振动的研究现状对于大跨度斜拉桥，选择合理的结构体系是保证结构安全的关键。不同的结构体系，将导致结构有不同的内力反应，从而影响桥梁的受力特性。由于半漂浮体系斜拉桥允许塔梁或者塔墩之间发生相对运动，这一

4、方面可以较好地释放温度效应引起的主梁变形和内力，另一方面也可有效减弱强震作用下桥梁结构控制截面的内力，故是现代大跨径斜拉桥使用较多的一种结构体系[12]。由中铁大桥勘测设计院有限公司设计的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥即釆用半漂浮体系，主梁和桥塔之间纵向没有约束[13];主跨为430ni的骑骡沟大桥也为半漂浮体系斜拉桥[14];主跨为260ni的天津永和斜拉桥主跨为228m的桂平郁江双线斜拉桥[16]均采用半漂浮体系的结构形式；日本的明港西桥（Meiko-Nishi)和横滨海湾大桥(YokohamaBaybridge)也

5、都是半漂浮体系斜拉桥[i7]。然而，由于半漂浮体系斜拉桥自身刚度小，在温度荷载、地震力及列车荷载等作用下，主梁纵向位移较大，这不仅会引起主梁与相邻引桥和错固填的碰撞，甚至导致主梁落梁，从而使整个结构丧失整体性[18]。因此，有必要深入研究下斜拉桥的纵向振动性能。..第2章有限元分析模型2.1桥梁概况渝利铁路韩家论长江大桥位于渝利线（重庆至利川铁路）上，并在涪陵韩家论附近跨越长江，是沪一汉一蓉客运专线的重要组成部分，线路为时速200km的客货共线铁路。韩家论长江大桥为双塔双索面三主桁斜拉桥，桥跨布置为81m+135m

6、+432m+135m+81m，结构总体布置如图2-1所示。主梁断面是钢析梁（见图2-2)，桥面宽18m，梁高14m。桥塔为折线形塔，3#桥塔高180m,4#桥塔高185m，塔身采用箱形截面，边跨设有辅助壤。斜拉索布置为扇形双索面，全桥共有112根，沿主梁桥跨方向的索距取为13.5m，桥塔上的索距取为2.5-4.0ni。在有限元建模中，用空间梁单元模拟桥塔构件，对于变截面的塔柱，釆用中央截面的几何特性，索塔为C50混凝土，其弹性模量取值为3.55><104MPa，泊松比采用0.2，材料密度为2600kg/

7、m3;主梁衍架各杆件也采用空间梁单元模拟，材料为钢材，弹性模量取为2.10xl05MPa,泊松比采用0.3，为考虑节点板质量的影响，析架的材料密度放大1.25倍，取为7850X(1+25%)=9812.5kg/m桥面系和横梁的材料密度均放大1.08倍，取为7850x(1+8%)=8478kg/m3;用杆单元模拟斜拉索，弹性模量取为2.05xl05MPa，泊松比采用0.3，材料密度为8650kg/m3。铁路桥面系的断面形式如图2-3所示，桥面系采用正交异性板，是带U助的纵横梁体系，桥面板与下弦杆之间采用岸接形式。桥

8、面钢板沿横桥向设置加劲助，这样桥面板基本可以满足平截面假定。考虑到平截面假定成立，且车桥分析理论及风振分析理论多数是基于单主梁模型建立的，因此本研究中基于格子梁理论，可考虑采用单根梁单元来模拟图2-3所示的桥面系[43]。.2.2结构自振特性分析车辆的快速运行会诱发桥梁结构产生振动，而桥梁的自振特性决定了桥梁的车致振动特性，进行自振特性分析是进行桥梁车致振动