高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究

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1、万方数据第34卷，第1期2013年1月中国铁道科学CHINARAlLWAYSCIENCEVoL34No．1January，2013文章编号：1001—4632(2013)01一0015一07高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究胡所亭，牛斌，柯在田，刘晓光(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)摘要：以设计速度350km·h～、跨度32m的预应力混凝土箱梁为例，在分析梁体基频、刚度和变形的设计值与实测值差异成因的基础上，进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。结果表明，对于铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的32m预应力

2、混凝土双线整孔箱梁，实测梁体的自振频率约为设计值的1．4倍，其竖向刚度为设计值的1．7倍，混凝土弹性模量提高、二期恒载降低及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体基频提高约4．9％～19．9％，4．8％～lO．5％和3．6～5．7％；混凝土弹性模量提高、支座摩阻及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体刚度提高10．1％～43．7％，5．9％～17．7％和7．4％～11．8％。鉴于梁体频率实测值比设计值高出较多，建议设计时梁体频率可取规范限值的o．9；梁体刚度虽可以进一步降低，但应严格控制预应力混凝土梁体的残余徐变变形，确保长期变形不

3、大于现有箱梁的设计值。鉴于跨度32m以上简支梁桥的车桥动力响应显著降低，建议对更大跨度简支梁开展研究。关键词：高速铁路；桥梁；简支梁；箱梁；跨度；基频；刚度；变形；优化中图分类号：U238：U448．213文献标识码：Adoi：10．3969／j．issrL1001—4632．2013．01．03为保证高速铁路线路的高平顺性、高稳定性、高精度、小残变及少维修等特点，同时达到节约土地、保护线路周边环境等目的，我国高速铁路线路中桥梁占比很大，约占线路总长的50％，其中，预应力混凝土桥梁结构占桥梁总里程的90％以上。桥梁数量巨

4、大和建设工期相对较短是我国高速铁路桥梁建设的特点。因此，常用跨度桥梁结构选型、设计参数确定以及建造过程质量控制对保证我国高速铁路建设工期、降低工程造价、保证高速列车安全运营等均有重要意义[1]。根据我国既有铁路和秦沈等客运专线常用跨度桥梁建设和运营实践，并通过反复的研究论证确定，我国高速铁路桥梁以采用等跨布置的预应力混凝土简支箱梁结构为主，主型简支箱梁跨度为32m。建造方法主要采用沿线设置梁场预制、运梁车运输和架桥机架设。京津、武广、京沪等高速铁路工程的应用和运营实践证明，我国高速铁路建设中大量采用常用跨度桥梁取得了良好

5、的预期效果，且已建立了较为完善的桥梁建造和质量控制体系。本文以我国高速铁路设计时速350km的双线简支箱梁(通桥[2008]2321A，2322A系列)为对象，在分析已建高速铁路桥梁箱梁基频、刚度和变形的设计值和实测值差异成因的基础上，进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。1高速铁路箱梁设计现状为保证桥上高速列车的运行安全性和乘坐舒适性，高速铁路桥梁应具有一定的竖向、横向和扭转刚度，以及长期变形小的特点，因此高速铁路桥梁的设计由既有的结构强度控制转变为刚度控制。对于我国高速铁路采用的双线预应力混凝土箱梁，梁体竖向刚度、频

6、率及变形是结构整体设计的主要技术指标‘2

7、。高速列车通过等跨布置简支梁桥时，车桥在竖向的相互作用包括运行的高速列车对桥梁周期性激励、等跨布置简支梁变形对车辆周期性激励以及两者的耦合振动响应。高速列车对桥梁的周期性激振规律主要与运行速度和车辆长度有关，而与简支梁桥跨度无关。对于我国高速铁路CRH系列动车组，车长为25m，相应的激振频率A，一o．011口，其中可为列车速度，单位为km·h～。等跨布置收稿日期：2012一04—10；修订日期：2012—11一09基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(Js2008一05，Js20

8、08-06，JS200807)作者简介：胡所亭(1980一)，男，山东成武人，副研究员，博士研究生。万方数据中国铁道科学第34卷简支梁变形对车辆的激励大小取决于结构的初始变形和荷载变形，激振频率为列车通过梁跨时间的倒数。对于等跨布置的32m简支梁，墩柱中心距为32．7m，相应的激振频率A2一o．0085u。时速350km的高速铁路32m简支梁竖向基频为4．67Hz，CRH系列动车组车体的竖向基频约为1．00Hz，可求得相应的共振速度分别为功#·=420km·h_1和毗2—115km·h-1L3J。图1给出了CRH380动

9、车组以不同速度通过等跨布置15跨32m简支梁桥时车桥的竖向振动加速度响应。理论研究表明，增大梁体刚度可以降低车桥共振响应；增大梁体的竖向频率可以提高高速区段的共振速度，但对共振前车桥竖向振动响应影响较小。f驴暑￥型姆}!R蛙歙图1CRH380动车组通过15跨32m简支梁桥时车桥的竖向加速度响应通过对高速列车与桥梁竖向