基于桥梁基准有限元模型的列车—桥梁空间耦合振动分析.pdfVIP

第 32卷 ，第2期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．32 No．2 2011年 3月 CHINA RAIIW AY SCIENCE M arch，2011 文章编号 ：lOOl一4632 (2Ol1)02oo4107 基于桥梁基准有限元模型的列车一桥梁 空间耦合振动分析 肖 祥 ，任伟新 (1．中南大学 土木建筑学院，湖南 长沙 410075；2． f【l南大学 高速铁路建造技术国家：程实验室 ，湖南 长沙 410075) 摘 要：以武汉天兴州公铁两用大桥为研究背景，基于大桥通车前环境振动试验得到的模态识别参数对依 据设计图纸建立的桥梁初始有限元模型进行修正，建立反映桥梁真实动力行为的基准有限元模型。基于该基准 有限元模型，建立大桥列车一桥梁空间耦合振动方程，采用模态综合法，进行单线行车、双线并行和双线对开 工况下的列车一桥梁空间耦合振动分析，并对车辆运行的舒适性和安全性进行评估。结果表明，在上述各工况 下，列车通过该桥时，车辆的各项动力学性能指标值均满足规池规定要求，列车行驶的安全性和平稳性均较好 ； 桥梁中跨跨中最大横向位移为 1．52cm，最大 向位移为 1O．5cm，相应的竖向、横向挠跨比分别为 1／4800和 1／33158，均满足铁路桥梁检定规范要求 ，说 明i亥桥只有足够 的横 向和竖向刚度 。 关键词 ：桥梁 ；基准有限元模型；环境振动；车桥耦合；模态分析 中图分类号：U441 文献标识码：A 随着铁路列车速度不断提高，桥梁(线路)结构 置为 98m+196m+504In+196m+98m，主梁 承受的动力作用越来越大，列车 自身的动力响应也 采用 3片主桁结构 。主桁节间 14m，桁宽 30II1， 越来越大 。运行列车过桥时，移动车辆对桥梁的动 桁高 15．2m。在斜拉桥 98nI锚跨及相邻边跨 5个 力冲击作用直接影响桥梁 的工作状态和使用寿 节问段 ，上弦杆顶面与混凝土桥面板通过剪力钉相 命口]。因此，车辆一桥梁(线路)的动力相互作用是 结合，其余与正交异性钢桥面板结合为一体。每个 铁路工程领域的研究热点。已往研究l2。中的有限 主塔及桥墩在 3片主桁下均设竖向支座，支座为滑 元模型都是依据桥梁设计图纸建立的。然而，对既 板式铸钢支座，纵 向为活动，2个主塔的横梁与主 有桥梁或刚修建桥梁进行车桥耦合振动动力分析 桁之间设纵向液压阻尼支座 以传递纵向力。主塔为 时，依据原始设计图纸建立的桥梁有限元模型往往 钻石型，混凝土结构 ，塔高 19om，全部为空心矩 与结构实际工作状态有一定的出入 ，有时会很大， 形断面。下塔 柱 高为 29．288nI，中塔 柱 高 为 给车辆一桥梁空间耦合振动分析带来较大误差 。基 96．724nI，上塔柱高为 62．488ITl。该桥为世界上 于桥梁环境振动试验 ，根据试验结果对依据原始设 跨度和载荷最大的公铁两用斜拉桥。上层为 6车道 计图纸建立的桥梁有限元模型进行修正可得到桥梁 公路，下层为 4线铁路——2线客运线、2线 I级 实际工作模型 ，从而可以更合理地进行桥梁结构分 干线 ，其中上游侧 1，2线为客运专线 ，设计车速 析l8 。本文以武汉天兴州公铁两用大桥为研究背 为 200km ·h ；下游侧 3，4线为 I级干线 ，天 景 ，基于该桥通车前环境振动的实测数据 ，获得桥 兴州大桥跨径布置和典型横断面如 图 1所示 。 梁实际工作模型，进行车一桥耦合振动分析。 武汉天兴州大桥正式通车之前，对全桥进行了 基于环境