车速对铁路桥梁动力响应的影响分析

车 速 对 铁 路 桥 梁 动 力 响 应 的 影 响 分 析
赵前丹
摘
胡希 冀 亢 元元
要： 针对桥梁结构 对移动列车动力响应 的复杂性 ， 通过有 限元分析软件 Ａ ＹＳ分析 石太铁路一简支 梁桥 在不 同车 ＮＳ
速下的动力响应 ， 得出 了铁路筒支梁桥在高速列车作用下的一些动力 响应特性 ， 从而为铁路 简支梁桥 的合理设计提供科
车速／ｉ・ ｌ ｋｎｈ ５ ｌ ５ ０ ｊ １０ ｌ ２０ ｌ ３０ Ｉ ０ ０ ０
应， 采用基准车速为 ３ ０ｋ ｈ 以 ５ｋｎ ｈ的车速作为静态车速 。 ０ ｍ／ ， ｒ／
（ ＝５ｋ ｈ ＝５ ｍ／ ｍ／ ， ０ｋ ｈ时） 桥梁跨 中节点 的动挠度随着 车辆 ， 速度提高 而增加 的 比较 少 ， 但是 当速 度提 高到一 定程 度时 （１ ＂＝ ６ ２ ０ｋ ｈ ＝３ ０ｋ ｈ时 ）桥梁跨 中节点的动挠度增加 的幅度 ０ ｍ／ ， ０ ｍ／ ，
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０９ ．２ ０ ９ ３ ０ ９ ．４ ０ ５ ． ９
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２ 模 型 的建立
本文采用二维梁单元 Ｂ ａ ３来模拟桥梁 ， ｅｍ 划分 的单元数 由荷
载的移动速度和桥梁长度来 决定 。单元长度 △ Ｌ＝Ｌ／ 其 中， Ｎ， Ｌ 为桥梁的跨长 ， 为划 分 的单元 数。这样 ， Ｎ 荷载在 单元之 间的运 行时间 （ 即从 ｉ 节点变化到 ｉ ＋１节点） ｔ Ｌ／ ， 中， 为 ＝△ ｕ 其 ０为 移 动荷载的速度。计算时 ， 划分单 元数 Ｎ：１０ ０。 在计算结构动态 响应时 ， 时问步长 的选取是否合适 ， 对计 算结果 能否反 映结 构响应 特征产 生很大 的影 响。如果 时 间步长 △ 太大 ， 有可能得到完全失真的响应曲线 ｌ 引。 时间步长的选取 ， 应根据 动态 响应 的振 动周期频 率来 确定 。 由于三点确定一条抛物线 ， 因此为 了真实描述结构动态响应 ， 在一 个振动周期中应 至少取 ５个点 。如果 设 Ｔ为结构 振动 的周 期 ， 厂 为结构振动的频率 ， 那么结构动态响应计算的时间步长应取为 ：
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第３ ６卷 第 １ ３期 ２０ １０ 年 ５ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＩ
Ｖｏ． ６ Ｎｏ １ １３ ． ３ Ｍａ ． ２ １ ｙ ００
文 章 编 号 ：０ ９６２ （０ ０ １—２ ４０ １０ ．８５ ２ １ ）３０ ９—２
３ 数值模 拟及 结果分 析
３ １ 车速 对跨 中动 挠度 的影 响 ．
当速度 为 ５ ｍ／ ０ｋ ｈ时 ， 中节 点 的动 挠 跨 不 同车速下桥梁结构跨中节点的动挠度 如图 １ 示 ， 所 并将 不 很大。在本例 的模 型中 ， 度增 量为静态 车速挠度 的 ２ ０ ％。当速度为 １０ｋ ｈ时 ， 中 ．９ ０ ｍ／ 跨 同速度下跨 中节点的最 大动挠度提取 ， 见表 １ 。 节点 的动 挠度 增 量 为 静 态 车速 挠度 的 ４ １ ％ 。当速 度 为 ２０ｋ ＇ ．７ ０ ｍ／ ｈ 表 １ 不 同速 度 下桥 梁 跨 中 最 大 竖 向 动挠 度 表
图 １ 不 同速 度 下 跨 中节 点 动 态 响应 曲线
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本文采用桥梁模 型基 准数据 ： 支梁跨度 Ｌ＝３ ｔ材料 为 简 ２ｉ， Ｔ ５ 号混凝 土， ０ 弹性模 量 Ｅ＝３ ５×１ ｍＮ／ ， ． ０ ｍ２箱形断面， 断面高度 ２８ｍ， ． 断面宽度 １ ， 面面积为 Ａ＝８２ ， ３ｒ 截 ｎ ．９ 惯性矩 ， ． ＂ ＝８６ｒ ， ｎ
学依 据 。
关键词 ： 高速 列车， 简支梁桥， 限元 有
中图 分 类 号 ： ４ ． Ｕ４ １３ 文献标识码 ： Ａ
１ 概 述
随着 行 车 速 度 的 不 断 提 高 ， 通 密 度 的 不 断增 加 ， 载 的 不 交 荷
２ ０ｋ ｈ ３ ０ｋ ｈ时跨 中节点 的动挠度 时程曲线 ， 中可以明 ０ ｍ／ ，０ ｍ／ 从 显的发现 ， 随着 车速 的不断 提高 ， 中节点 的动 挠度 曲线趋 于平 跨
最 断加重 ， 交通车辆与结构 的动力相互作用 问题越来越受 到人们 的 缓 ， 大动挠度值越来越大 。为 了对 比速度 变化对桥梁动挠度 的 影响 ， 制不 同车速下桥梁跨 中节点 的动挠度曲线见图 ２ 绘 。 重视 。特别是近年 来越来越 多 的高速铁 路相继投 入运行 。一方
面， 高速运行 的车辆对所 通过 的结构 物产生 动力 冲击作用 ， 接 直 影响其工作状 态和使用 寿命 ； 另一方 面 ， 结构 的振 动又对 运行 车 辆 的平 稳 性 和 安全 性 产 生 影 响 … 。 本文通过 以移动车轮加簧上质量模型模拟 车辆 荷载 ， 采用有 限元软件 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ来 比较和分析不同车速简支桥梁 的动力响应 。
密度 ｐ ０ ｇ ｍ３本 文 研 究 的 是 高 速 车 辆 与 桥 梁 的 动 力 响 ＝２５ ０ｋ ／ ，
０
誊 １ ２ 荷载 位 髓 ／ ｍ
图 ２ 桥 梁 结构 在 车 辆 速 度 变 化 情 况 下 的动 挠 度 曲线
通 过 图 ２和表 １中 的数 据 可 以得 到 ， 速 度 比较 低 的 情 况 下 在
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