技術(shù)文章:橋面初始變形的大跨斜拉橋車橋耦合振動分析
列車在橋梁上運行時,在軌道不平順的激勵下,橋梁結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生振動,橋梁振動又會影響列車的振動,兩者相互耦合形成一個時變系統(tǒng)。當(dāng)車橋耦合振動過大時,既會影響列車運行安全性和平穩(wěn)性,又會引起橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞失效,且當(dāng)橋梁振動與自振頻率接近時,容易引發(fā)共振,嚴(yán)重威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全。隨著我國高速鐵路的發(fā)展,各種形式復(fù)雜、大跨徑的橋梁應(yīng)運而生,車橋耦合振動問題愈加突出。
在進行車橋耦合振動分析時,很少考慮橋面初始變形對列車-橋梁系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。由于大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在列車、溫度、風(fēng)等荷載作用下主梁變
形顯著,當(dāng)橋面存在初始變形時容易引起橋梁產(chǎn)生與高速列車相近的自振頻率,進而引起共振,威脅橋梁結(jié)構(gòu)以及行車安全。因此,有必要開展考慮橋面初始變形的大跨斜拉橋車橋耦合振動分析。本文以黃河特大橋為工程背景,基于車橋耦合振動理論建立了列車-橋梁時變系統(tǒng)空間振動分析模型,對大跨斜拉橋自振特性進行分析,并考慮長、短波不平順與溫度荷載不同組合工況下橋面初始變形的影響,對不同時速列車通過時列車和橋梁的動力響應(yīng)進行評價。
1、工程概況
黃河特大橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋體系,跨度布置為(108+4×216+108)m,采用塔墩固結(jié),半漂浮體系。梁底設(shè)置支座,中墩固定支座在地震作用下剪斷,地震時形成漂浮體系。
主橋位于直線上,設(shè)計速度350 km/h,擬鋪設(shè)CRTS Ⅲ型板式無砟軌道。主梁采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,跨中梁高7. 0 m,支點梁高10. 5 m,采用斜腹板,斜率為1:15,橋面寬13. 8 m,底板寬度10. 00 ~10. 46 m。頂板厚度0. 5 m,腹板厚度0. 85 ~ 0. 45 m,底板厚度0. 6 ~ 1. 0 m。主塔采用斜橋塔,塔高38 m,斜率為1:15,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。塔頂縱向尺寸
4. 0 m,塔底6. 0 ~ 7. 0 m;塔頂橫向尺寸2. 5 m,塔底3. 0 m。每個索塔設(shè)8對斜拉索,塔上索距1. 2 m,梁上索距約8. 0 m。主墩采用實體橋墩,墩高15. 5 ~ 33. 5 m,橫向斜率與橋塔一致,取1:15。
2、列車-橋梁空間振動分析模型
(1)機車、車輛空間振動分析模型
由于列車組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜,很難完全考慮各個部件的振動情況,因此在進行車橋耦合振動分析時,基于多體動力學(xué)理論,將機車、車輛簡化為由車體、轉(zhuǎn)向架
和輪對多個剛體以及一、二系懸掛系統(tǒng)組成的多剛體質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)。車體通過二系懸掛支承在前后轉(zhuǎn)向架上,構(gòu)架通過一系懸掛支承在輪對上,輪對受
下部軌道的支承、導(dǎo)向和驅(qū)動。
(2)橋梁空間振動分析模型
采用MIDAS/Civil橋梁有限元分析軟件建立大跨斜拉橋空間振動分析模型。黃河特大橋主梁、主塔以及主墩采用空間梁單元進行模擬,材料均為C55混凝土。其中主塔采用變截面形式,橋墩采用等截面形式,主塔與橋墩固結(jié),采用共節(jié)點的方式處理,橋墩與主梁的連接通過設(shè)置剛臂來實現(xiàn)。斜拉索采用僅受拉的桁架單元進行模擬,斜拉索在梁上、橋塔上的索錨點分別與對應(yīng)的梁節(jié)點、橋塔節(jié)點采用剛性連接。樁基礎(chǔ)采用Winkler地基梁模擬,樁土相互作用采用m
法通過土彈簧模擬。土彈簧的剛度依據(jù)土層性質(zhì)、厚度等參數(shù)參考TB 10093—2017《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄D計算。根據(jù)相關(guān)設(shè)計文件,橋梁二期恒載取137 kN/m,以分布質(zhì)量的形式施加在主梁上。
請輸入評論內(nèi)容...
請輸入評論/評論長度6~500個字
最新活動更多
-
3月27日立即報名>> 【工程師系列】汽車電子技術(shù)在線大會
-
4月30日立即下載>> 【村田汽車】汽車E/E架構(gòu)革新中,新智能座艙挑戰(zhàn)的解決方案
-
限時免費下載立即下載 >>> 2024“機器人+”行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展藍(lán)皮書
-
即日-5.15立即報名>>> 【在線會議】安森美Hyperlux™ ID系列引領(lǐng)iToF技術(shù)革新
-
5月15日立即下載>> 【白皮書】精確和高效地表征3000V/20A功率器件應(yīng)用指南
-
5月16日立即參評 >> 【評選啟動】維科杯·OFweek 2025(第十屆)人工智能行業(yè)年度評選