高速铁路插板式声屏障结构计算分析

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1、万方数据·桥梁·高速铁路插板式声屏障结构计算分析孙凤珍(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)摘要：根据高速铁路声屏障受力特点，分析确定作用于高速铁路声屏障的荷栽。特别是针对高速铁路列车大密度、长期运行声屏障结构疲劳问题，声屏障结构所承受的主要荷裁是列车高速运行时产生的脉动力，是动荷裁，结构存在着疲劳问题，疲劳计算按50年使用年限计算，对连接件螺栓的疲劳按材料的疲劳极限应力控制。研究确定高速铁路声屏障结构疲劳计算方法，并给出能够抵抗疲劳的声屏障结构与桥梁遮板的连接方式，是保证整体结构安全的最重要问题。关键词：高速铁路；声屏障；脉动力；疲劳荷栽；结构

2、计算中图分类号：U238文献标识码：A文章编号：1004—2954(2010)02～0100—031高速铁路声屏障荷载组成我国客运专线铁路的特点是车流密度大、列车运行速度高，设计时速达350km。国内外研究结果表明，当列车以250km／h速度行驶时，列车风就会产生脉动力作用于声屏障上，声屏障结构就要考虑疲劳影响。因此，高速铁路声屏障结构疲劳计算方法及合理的连接方式，解决高速铁路列车大密度、长期运行声屏障结构疲劳问题，成为高速铁路声屏障结构设计的关键。对于直立型的声屏障，作用在高速铁路声屏障上的荷载主要包括结构自重、风荷载、列车风引起的脉动力三部分，必要时还要考

3、虑温度、湿度变化及地震等因素对结构的作用，风荷载和列车脉动力是插板式金属声屏障结构计算的主要荷载。1．1风荷载根据铁道部铁运函(2006)462号文，确定时速350km列车运行时风速按20m／s计算，采用这个值是保证安全的。特殊风荷载，一般地区按重现期100年的最大风速进行计算，台风地区风速按60m／s计算。根据《铁路桥涵设计基本规范》(TBl0002．1—2005)，风荷载强度按下式计算伽k=klk2k3∞o(1)式中钾。——风荷载标准值，Pa；，2、埘。——基本风压值(％=忐)，Pa；收稿日期：2009—06—17；修回日期：2009—11一lO作者简介：

4、孙凤珍(1963一)，女，工程师。100k，——风载体型系数；k：——风压高度变化系数；k，——地形、地理条件系数；口——风速，m／so1．2脉动力脉动力可按照等效荷载qvs进行计算，而等效荷载qDs是基于脉动力作用长度正、负压各5m考虑的。对于具体的声屏障计算单元，需要分析其荷载作用位置，按照最不利荷载进行结构计算。脉动力荷载几何作用如图1所示。有效范围I兰：QJ．【．丝．1．墨丝．I图1脉动力荷载几何作用(单位：m)按照图1所示的荷载几何作用图建立声屏障立柱荷载计算公式q=qDs×L。kN／m(2)式中￡。——计算跨度，m。计算跨度可按表l取值，中间值采用

5、内插法计算求得。表1计算跨度m注：表中L为立柱相邻跨度之和。柱底内力计算按照图2及公式(3)、(4)计算Q=qI×h。+q2×h+(ql—q2)×2×h／3(3)M=qIxh．2／2+q2×h×(hm+h／2)+(qI—q2)×2h／3×(h。+3h／8)(4)式中^。——声屏障柱轨顶至墙底的高度，m；^——声屏障柱轨顶至墙顶的高度，m；q，——墙底处的脉动力，kN／m；g：——墙顶处的脉动力，kN／m。脉动力荷载竖向分布如图2所示。1．3荷载组合工况一，结构自重+列车脉动力；铁道标准设计RA儿WAYSTANDARDDESIGN2010(2)每万方数据孙凤珍一

6、高速铁路插板式声屏障结构计算分析图2脉动力荷载竖向分布工况二，结构自重+列车脉动力+风力(风速采用25m／s)；工况三，结构自重+风力(按重现期100年风速计算)。疲劳计算采用工况一，强度计算、稳定性计算及变形计算采用工况二和工况三。2声屏障结构疲劳计算方法影响声屏障结构疲劳强度的主要因素是作用的应力幅或应力比以及应力的循环次数。其中，应力循环次数是指在连续重复荷载作用下由最大到最小的循环次数，与使用寿命有关。一般来说，当应力幅小于一定数值时，即使应力无限多循环，亦不至产生疲劳破坏，即达到通称的疲劳极限。但由于高速铁路声屏障结构承受的列车脉动力荷载为非连续作用

7、，承受的应力幅较大，结构重要性高，疲劳允许应力幅[Aor。]应按照疲劳抗力方程，以实际发生的应力循环次数(使用寿命内)计算。以京津城际为例，按50年使用年限计算，远期每天运行195对列车，声屏障在列车车头和车尾通过时受2次脉动风压的冲击，所以计算应力循环次数Ⅳ按每列车2次计算，即N=2×195×50×365=7．12x106次。在疲劳作用计算时，同时要考虑因速度增加导致大密度运量增加而产生的疲劳损伤修正系数y。。另外厚板的材质及焊接、制造工艺有许多比较难保证的因素，对疲劳强度将产生下降的影响。还要考虑板厚修正系数y。。高速列车脉动力属于非对称荷载，最大应力和最

8、小应力不同，在相同的循环次数下，能承受