高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

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1、铁道建筑RailwayEngineering6文章编号：1003-1995(2012)04—0006-04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，北京100081；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，北京100081)摘要：通过测试(48+3×80+48)m大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2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

2、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续梁动力性能试验研究中图分类号：U446．1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¨，Fryba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

3、动力性能试验研究非常重要。本文以(48+3×80+48)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价。1(48+3×80+48)In连续梁桥概貌1试验概况动车组为CRH2空车，8节编组，试验速度为180～275km／h，如图3。(48+3×80+48)m大跨度预应力混凝土连续梁车一桥耦合作用是包含轮轨相互作用的复杂过桥全长337．5In，端支座处、边跨直线段和跨中处梁高程。本文将采用一种快速建模和计算的方法，将列车4．0m，中支点处梁高7．0m，横截面为直腹板，单箱单模拟成一系列间距的集中荷载，作为移动荷

4、载来计算，室，底宽6．7nl，顶板宽13In，顶板厚45cm。桥上线路不考虑质量移动，以隐式时间推进为基础，遵守为有砟轨道，直线、平坡。采用双KZQZ曲面球型减隔Newmark法。通过这种方法既可以得到相对满意的结震支座，横桥向支座中心距5．3m。桥墩为圆端形实果，又可快速计算由车辆高速经过桥梁所引起的动力心墩，嵌岩桩基础，墩高10．65m。全桥概貌见图1。效应，快速找到可能的共振速度，为实际运营试验提供理论计算采用通用有限元软件TDV建模，全桥以指导。列车的理想模型如图4所示。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

5、和动车组2动力特性分析两种：2．1自振频率试验货车编组为HXD。+12辆c。(重)+13辆通过有限元模型模态分析可以得到(48+3×C。(空)，试验速度为80～120km／h，如图2。80+48)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收稿日期：2011一i1—18；修回日期：2011—12-10基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(J2010G005)测值(脉动法)进行比较，可以看出结构自振频率实测作者简介：尹京(1983一)，男，天津市人，助理研究员，硕士。值略大于理论计算值，这主要是由实际混凝土弹性模2012年

6、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2622禽6．37露器637嚣豁7．38嚣器738器rq一一一一一一一一HXDIc机车12~jC80重车l3辆c70空车图2试验货车编组(力单位：kN；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15151515151515515图3动车组编组(力单位：kN；距离单位：m)列车(多点荷载)图4列车理想模型示意—．＼—(a)1阶对称竖弯，=1．80Hz图6试验货车作用下实测竖向强振频率～与行车速度关系(b)2阶反对称竖弯，=2．59Hz(c)3阶对称竖弯，

7、=3．58Hz(d)4阶反对称竖弯，；5．12Hz图5梁体前4阶竖向振型表1梁体竖向自振频率值Hz图7动车组作用下实测竖向强振频率与行车速度关系常见跨度简支梁的竖向动力响应主要取决于1阶模态，高阶模态不易被激励，而大跨度连续梁的响应不同，除1阶模态外，前几阶模态自振频率也较小，很可能与列车荷载强振频率接近，当移动荷载的强振频率量大于理论值所致。和桥梁的某阶频率相吻合时，桥梁的振动响应出现峰2．2跨中竖向振幅值。此外，由于振型的不同，各个孔跨在列车荷载的激实测试验货车、动车组作用下竖向强振频率与行励下，也会表现出不同的动力响应。试验货车、动车组车速度关系分别如

8、图6和图7所示。试验货车、动车作用下梁体跨中竖向振幅