车速对铁路桥梁动力响应的影响分析

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浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响

浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响1 引言随着现代公路交通建设的飞速发展，各种交通车辆的数量迅速增长，车辆的行驶速度和载重量也有很大提高。

不断增长的高速、重载汽车与众多服役期满或损伤较为严重的桥梁承载能力不足之间的矛盾日益突出。

近年来，随着轻质高强材料和新型结构的应用，桥梁结构不断向着轻型化方向发展。

这些因素使得汽车动荷载在桥梁承受的荷载中所占的比例越来越大。

在行驶车辆作用下，桥梁结构将产生比相同静载作用下更大的变形和应力。

因此，车辆荷载对桥梁结构的冲击和振动影响，已成为桥梁结构计算分析中不容忽视的重要因素之一[1]。

从桥梁结构的动力响应分析角度而言，冲击系数源于三个方面：理想的移动荷载作用桥面引起桥跨结构的振动，引起动力放大；车辆自身的振动使其加载在桥面上的力也有一定的波动；实际的桥面不平整引起车辆跳动产生冲击作用。

这三者之间影响是相互关联的，车与桥跨结构的振动是耦合在一起的，桥面不平也会引起车桥的振动对于公路桥梁，车辆的质量远小于桥跨质量，因此车辆的质量对车桥耦合振动的影响较小，可忽略其影响从而使动力分析简化[2]。

本文通过midas civil有限元时程分析方法，研究了简支梁桥在不同行駛速度的车辆荷载下，车辆通过桥跨结构时桥梁的动力响应过程[3]。

2.工程概况本文所采用的桥墩模型为一跨径为30m的简支梁桥，主梁截面采用T型截面，尺寸如下图1所示。

为了保证计算结果的准确，取10个不同的速度工况。

由于本文主要研究行车速度对简支梁桥的动力响应的影响，因此排除桥梁其他因素，诸如桥面不平整度，车辆自振等因素的影响。

图1 截面参数3 有限元仿真计算模型3.1 计算工况由于不考虑车辆自身重量对桥梁动力分析得影响，因此我们取后轴重140kN 作为计算荷载，简支桥梁上部结构采用C40混凝土，在midas civil中由于无法直接模拟车辆在桥面上的连续行驶，因此本文采用动力节点荷载，在瞬时冲击作用下，设置各个集中质量点的到达时间，以此来控制车辆在桥面的行车速度。

车辆行驶速度对连续刚构桥动力特性影响分析

车辆行驶速度对连续刚构桥动力特性影响分析虞夏深【摘要】文以某连续刚构桥为工程背景,在不同类型车辆以不同车速通过桥面时,对结构进行动力特性分析.利用有限元软件Midas/Civil 2015建立结构动力分析模型,并进行模态分析得到该桥固有频率和振型,通过时程分析,得出该桥在移动荷载作用下跨中位置的动力响应,包括位移、速度和加速度.根据结构的动力响应和对比车辆行驶速度对结构动力响应的影响得到如下结论:当车辆速度相同时,随着移动荷载轴重的增加,位移和加速度响应也相应增大.三种不同轴重车型以不同速度在桥面上行驶时位移、速度及加速度响应均出现了两个波峰,并非是车辆速度越大,动力响应就越大,这为该类桥梁设计和动力性能研究提供参考.%n this paper, a continuous rigid frame bridge is used as the engineering background, and the dynamic characteristics of the structure are analyzed when different types of vehicles pass through the bridge at different speeds. Using finite element software Midas/Civil 2015 structural dy-namic analysis model is established, and the inherent frequency and vibration modal analysis for the bridge type, through the time history analysis, it is concluded that the bridge under moving load across the location of the dynamic response, including the displacement, velocity and acceleration. According to the dynamic response of structure and compare the vehicle speed on the influence of structure dynamic response to get the following conclusion: when the vehicle speed at the same time, With the increase of the movable load axle,displacement and acceleration response also increases ac-cordingly. Three different axle load models with different speed in bridgedeck on the displacement, velocity and acceleration response appearedtwo peaks, is not the vehicle speed, the greater the dy-namicresponse,which provide reference for this kind of bridge design and performance research.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】5页(P69-73)【关键词】连续刚构桥;车辆行驶速度;有限元分析【作者】虞夏深【作者单位】上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司,上海200437【正文语种】中文0 引言高墩、大跨连续刚构桥因其外形美观、跨越能力大、行车舒适、造价少等因素受到国内外桥梁设计师的青睐，目前已经成为大跨径预应力混凝土梁式桥的主要桥型[1，2]。

既有线提速桥梁存在的主要问题与改造对策

既有线提速桥梁存在的主要问题与改造对策一、概述速度是现代交通运输的命脉150多年的铁路发展史就是速度不断提高的历史。

随着科学技术的进步和人们生活节奏的加快，交通运输工具的高速化已成为发展的总趋势。

从铁路方面来看，面对航空和高速公路的竞争与挑战，列车速度也在不断地提高。

但在既有线上提速，如何充分利用既有设备条件，通过对既有线进行部分改造来提高客、货列车的旅行速度，从而增加铁路交通运输的优势，这将成为今后一段时期内铁路运输的主要课题之一。

既有线改造所遇到的实际情况很多，改、扩建工程不尽相同，本文仅就桥梁改造进行剖析，找出症结，提出解决办法。

为了确保提速后行车及桥梁运用安全，必须对桥梁设备危及行车安全、制约运营条件的项目进行技术改造和加强，提高桥梁承载能力及稳定性，以满足高速运营的要求。

二、问题的提出根据铁道部“建设我国铁路快速客运网规划”的要求及沈阳铁路局“十五”提速规划，我院负责编制如下提速规划：长图线长春至吉林2003年140Km/h；长图线吉林至图们2005年120Km/h；梅集线梅河口至通化2005年120Km/h.长图线与梅集线均系日伪时期修建，是日本军国主义强占中国东北以后以扩大侵华为目的，由日本株式会社主持强迫中国劳工修建的一条低标准铁路，距今已有60多年的历史。

桥梁设备陈旧老化，病害较多。

在现有桥梁建筑物中，在30年代建成以及后经抢修使用的占70%以上，经过50年代、80年代改造的仅占20%以下。

在今后铁路运输量日益增大、速度逐渐提高的情况下，这些旧的老龄桥能否继续安全使用，是人们极为关心的问题。

更新一座老龄桥需要相当大的投资。

显然对现有老龄桥的安全状况及剩余寿命进行科学的评估，以便既能充分发挥它们的潜力又能对需要更新或加固的老龄桥作有计划有步骤的更新加固，这对确保铁路运输的畅通和国民经济的顺利发展有重要意义。

三、既有线桥梁设备情况长图线与梅集线现有桥梁229座，主要类型有上承钢板梁、工字钢梁、钢筋混凝土梁和板梁及个别的预应力钢筋混凝土梁等，桥梁跨度2.6-20m，有相当一部分为非标准梁。

高速铁路桥梁的动力响应分析

高速铁路桥梁的动力响应分析随着交通行业的快速发展，高速铁路成为现代化城市交通的重要组成部分。

而作为高速铁路的重要组成部分之一，桥梁在铁路运输中起到了至关重要的作用。

然而，桥梁在列车通过时会产生动力响应，因此对桥梁的动力响应进行准确的分析成为了保障高速铁路安全运行的重要环节。

在高速铁路桥梁的动力响应分析中，首要考虑的是列车运行时的载荷作用。

列车载荷是动力响应分析的主要输入参数，它包括列车的静载荷、动载荷以及弯矩、剪力、轴力等作用在桥梁上的力。

这些载荷由列车的运行速度、列车数目、列车自重以及路况等因素决定，因此对于这些参数的准确测量和分析显得尤为重要。

当列车通过桥梁时，桥梁受到的载荷作用会引起桥梁产生振动，也就是动力响应。

为了准确地分析桥梁的动力响应，需要根据列车的运行状态、桥梁的结构参数以及材料特性等因素进行计算和模拟。

一般来说，动力响应分析主要使用有限元方法、模态分析、多体系统动力学分析等方法进行。

在动力响应分析中，有限元方法是一种常用的计算方法。

该方法通过将实际的桥梁模型离散化为有限个小单元，然后通过求解结构的振型和振幅，来分析桥梁的动力响应。

这种方法具有计算精度高、适用范围广以及计算效率高的优点，因此被广泛应用于桥梁动力响应分析中。

除了有限元方法，模态分析也是动力响应分析中常用的一种方法。

模态分析方法主要通过求解结构的固有振型和固有频率来分析结构的动力响应。

该方法通过分析结构的固有特性，从而更好地预测桥梁在不同载荷作用下的动力响应。

模态分析方法的优点是计算简便、结果直观，并且能够提供各个模态振型的模态形状和振型频率等参数。

除了有限元方法和模态分析方法，多体系统动力学分析也是桥梁动力响应分析中常用的一种方法。

该方法主要通过建立列车-桥梁系统的多体系统动力学方程，来分析列车通过桥梁时的动力响应。

多体系统动力学分析方法能够综合考虑列车和桥梁的动力特性，因此对于复杂的列车-桥梁系统分析具有较好的适用性。

高速铁路连续梁桥特点

高速铁路连续梁桥特点1高速铁路桥梁的特点[1、2]桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分。

与普通铁路桥梁相比，桥梁在数量、设计理念和方法、耐久性要求、维护等方面存在较大差异。

纵观世界各地高速铁路桥梁的现状，其特点可概括为以下几个方面。

1.1桥梁比例大，长桥多高速铁路对线路的平纵断面和坡度要求很高，对于时速300km无渣线路，一般地区线路的最小曲线半径r≥4500m、最小竖曲线半径rsh≥25000m，并要求两座桥梁间的最小距离不宜小于150m；同时考虑铁路限界、节约土地等因素，因此高速铁路中桥梁比例较普通铁路有很大提高。

1.2桥梁的主要功能是为高速列车在桥上提供高平顺、稳定的线路随着运行速度的提高，为确保列车的运营安全和乘坐舒适，对线路的平顺性、稳定性要求很高，因此高速铁路桥梁应有足够的抗弯和抗扭刚度，桥梁墩台应有足够的纵横向刚度，以保证桥上无缝线路的稳定，桥梁上部结构的长期变形及下部结构的沉降应满足轨道调整的要求等。

限制纵向力作用下结构产生的位移，避免桥上无缝线路出现过大的附加力。

1.3高架桥为主,通常采用预应力混凝土结构高速铁路桥梁可分为高架桥、山谷桥和特殊结构桥梁。

一般选用刚度较高的结构，如简支梁、连续梁、刚架、拱结构等，截面形式多为双线全孔箱型截面；小跨度也可采用多T梁和板梁，主要采用预应力混凝土梁；钢-混凝土组合梁和小跨度钢筋混凝土结构也经常使用。

为了保证桥上线路的畅通，各国在选择大跨度桥梁时都非常谨慎。

大跨度与特殊结构：为保证列车的安全和乘坐舒适，对大跨度桥梁的竖向刚度提出了严格的限制，规定在设计活载作用下钢桥、钢斜拉桥、混凝土桥的挠跨比不得大于l/800、l/650和l/1000。

且对桥梁的整体性要求较高，采用钢桁架梁结构形式，提高了结构的整体刚度。

1.4大跨高敦桥对于大跨度、高墩结构如何适应高速运行的要求，世界上还没有相应的标准。

为了使结构设计经济，满足结构动力和乘客舒适性的要求，我们主要借鉴国内铁路高墩桥梁的施工经验和理论研究。

列车通过钢桁梁桥时动力响应分析

Ｐａｓｎｓｉｇ
ＹＮＧＳｉｕＺＮＱｉｇ—ｙａＡｈ —ｒｏ，ＥＧｎｕｎ
。
（．ＣｎｒｌＳｕｈＵｉｒｔｏＦｒｓｙａｄＴｃｎｌｇ，Ｃａｇｈ，Ｈｎｎ４００１ｅｔｏｔｎｖｓｙｆｏｅｔｎｅｈｏｙａｅｉｒｏｈｎｓａｕａ１０４，Ｃｉａ．ＣｎｒｌＳｕｈｎ；２ｅｔｏｔａｈ
ａｓｏｍａｎｔｎｎｅａｄｒｉｆｒｅｎｆｔｘｓｉｇｒｉｙｌｎ．ｌｏｔｉｅａｃｎｅｎｏｃｍｅｔｏｈｅｅｉｔｎａｌｉｅｗａＲｅｅｒｈｃｎｌｓｏ：ｇｒｉｇｔａｎａｒｄｅａｎｅｃｍｐｓｔｙｔｍ，ｂａｓｏｈｒｎｃｐｅｏｏａｏｅｔａｓａｃｏｃｕｉｎｓＲｅａｄｎｒｉｎｄｂｇｓｏｏｏｉｓｓｅｉｅｙｍｅｎｆｔｅｐｉｉｌｆｔｔｌｐｔｎｉｌｅｅｇｔｔｔｎｒａｕｎｅａｔｃｓｓｅｄｎａｃｎｈ ”ｓｔ—ｉ —ｒｇｔ—ｐｓｔｎ”ｒｌｏｔｕｔｒｌｍａｒｃｓ。ｎｒｙｗｉｓａｉａｙｖｅｉｌｓｉｙｔｍｙｍｉｓａｄｔｅｈｏｌｅｎｉｈｏｉｏｉｕｅｆｒｓｒｃｕａｔｉｅｔｅｖｂａｉｎｅｕｔｏｓｏｅｉｌｈｉｒｔｑａｉｎｆｖｈｃｅ—ｂｒｄｅｔａｉｇｓｓｅａｅｅｔｂｉｈｄ．Ｔｈｓｍｅｈｄｉｒｏｅｅｔｔａｈｏｉｇｉｖｒｎｙｔｍｒｓａｌｓｅｍｅｙｉｔｏｓｍｏｅｃｎｖｎｉｎｈｎｔｅｉｉｅｅｎｓｆｎｔｌｍｅｔ．Ｔｈｉａｉｎｒｓｏｓｓｏｉｌｅｅｖｂｒｔｅｐｎｅｆａｓｍｐｙ—ｓｐｏｅｒｓｒｄｅａｅｃｌｕａｅｅ４ｌｃｍｏｉｅｈｕｉｇｏｕｐｒｄｔｓｂｇｒａｃｌｔｄｗｈｎＤＦｏｏｔｖａｌｔｕｉｎ

高速铁路路基动力响应规律及其影响分析

２车辆轨道系统动力分析模型
（３）车辆一轨道耦合系统动力模型（图５）。将见机车车辆和轨道结构作为统一的振动系统。实验表明，
建立高速铁路轨道动力模型应综合考虑车辆和路基在车辆振动频率较低、轨道振动频率较高时，采用只分的综合影响，目前主要有以下几种模型。析轨道结构的模型也能得到比较满意的轨道动力特性。
高速铁路路基
动力响应规律及其影响分析
５０１孙常新：华北水利水电学院，讲师，河南郑州，４０１
郝小红：华北水利水电学院，副教授，河南郑州，４０１５０１
１高速列车荷载的数值模拟
摘要：高速列车荷载的数值模拟主要
＿连续支承无限长梁轨道模型中第一层梁为钢３１计算参数及有限元模型一层．轨，第二层梁为轨枕和道床上部１质量，第三层为道０ｍｅ采用的有限元网格尺寸参照了秦沈客运专线的路
床１ｍ０深度以下质量和路基参振质量，增加了层次，考基断面：双线铁路路基，路基面宽路堤１．ｍ，路堑ｅ２５
算采用模拟列车动荷载模式，结合秦沈客运专线现场实测数据，考虑到车辆、轨道不平顺、列车速度、车辆荷载周期性
与振动特性、列车荷载移动组合、钢轨与轨枕的荷载传递分
散作用等因素，用三角函数表达式表示口】。三角函数表达式取行车速度Ｖ＝５ｍｈ（０／），２２／或７ｓ根据前２０ｓ间绘出ｋｍ．时

罕遇地震作用下高速铁路桥墩动力响应分析

△ ＝咖）（
（）１
假定在墩底截面受拉钢筋刚刚屈服时，曲率沿墩高成线性分布：
咖）孚（＝
△ ＝
（２）
（）３
满足《规》震的要求，于高速铁路桥梁的抗震分析对
方法，新建时速３０—３０ｋ客运专线铁路设计《０５ｍ
果，与ＡＳＴ并ＡＨＯ规范对比验证。
［键词】罕遇地震；速铁路桥梁；力响应关高动
［图分类号】Ｕ４８１中４．３［献标识码】Ａ文［章编号】１７ — ６０２１）２０７ — ３文６４０１（０２０ — １６０．
［ｓｒｃ］Ｔｅｆｉｌｍｎｏｅｏｉ－ｅｄｒｉａｒｇｉｓｂｉｅ．ｗｉｈｉｉ。Ａｂｔａｔｈｎｅｅｅｔｄｌｆｇｓｅａｗｙｂｉｅｐｅｉｅｔｌｈｄｈｃｎｉｔｅｍｈｈｐｌｄｒｓａｓｓ
△ ＝＋一ｙＰｚ０１ ÷ ｙ（咖）（一．ｐｆ５）
（）４
上式中：为屈服曲率，为极限曲率，为屈服 △ 位移， △ 为极限位移，为墩高，为塑性铰长度。ｚｆ。
塑性铰长度按照ＡＳＴ．ＲＤＢｉｅＤｓｎＡＨＯＬＦｒｇｅｉｄｇ
，
ｔｒｄｇｅｏｔｍｔｐｉｔｈｔｔｆｅａｔｃｐａｔｃｔｔｌｓｉｉｇｌｂｅｅｏｅｔｔｅｈｅｂｉｅｐｉｒｂｔｏｓｅｎｏｔｅｓａｅｏｌｓｉ・ｌｓｉｉｙ，ｈｅｐａｔｃｈｎｅｗｉｅｄｖｌｐｄａｈｌｂｏｔｍｆｐｅｓｕｄｒｒｒａｈａｅａｔｏｔｏｏｉｒｎｅａｅｅｒｑｕｋｃｉｎ，ａｈｒｆｒｔｎｄｔｅｅｏｅ，ｔｅｎｕｒｃｌｒｓｌｓｏｌｓｉｎｅｌｎｇｈｈｍｅｉａｅｕｔｆｐａｔｈｉｇｅｔｃａｅｖｒｆｅｏｐｒｄｗｉｒｅｉｄｃｍａｅｔＡＡＳＴｃｄ．ｉｈＨＯｏｅ

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２９・４
第３６卷第１３期２０１０年５月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＩ
Ｖｏ．６Ｎｏ１１３．３Ｍａ．２１ｙ００
文章编号：０９６２（００１—２４０１０．８５２１）３０９—２
应，采用基准车速为３０ｋｈ以５ｋｎｈ的车速作为静态车速。０ｍ／，ｒ／
（＝５ｋｈ＝５ｍ／ｍ／，０ｋｈ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＂＝６２０ｋｈ＝３０ｋｈ时）桥梁跨中节点的动挠度增加的幅度０ｍ／，０ｍ／，
图１不同速度下跨中节点动态响应曲线
ｇ０４０．２二源自．Ａ吾ｔ＝＜１
（１）
｛一０４
一
０６
一
０８
１
本文采用桥梁模型基准数据：支梁跨度Ｌ＝３ｔ材料为简２ｉ，Ｔ５号混凝土，０弹性模量Ｅ＝３５×１ｍＮ／，．０ｍ２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
－一 —
０９．２０９３０９．４０５．９
－
０．８９
—
＿【９９）＿１１．Ｏ１
—
１２０
２模型的建立
本文采用二维梁单元Ｂａ３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）ｔＬ／，中，为＝△ ｕ其０为移动荷载的速度。计算时，划分单元数Ｎ：１００。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：
学依据。
关键词：高速列车，简支梁桥，限元有
中图分类号：４．Ｕ４１３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
２０ｋｈ３０ｋｈ时跨中节点的动挠度时程曲线，中可以明０ｍ／，０ｍ／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
车速／ｉ・ｌｋｎｈ５ｌ５０ｊ１０ｌ２０ｌ３０Ｉ０００
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ＡＹＳ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
３数值模拟及结果分析
３１车速对跨中动挠度的影响．
当速度为５ｍ／０ｋｈ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２０％。当速度为１０ｋｈ时，中．９０ｍ／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４１％。当速度为２０ｋ＇．７０ｍ／ｈ表１不同速度下桥梁跨中最大竖向动挠度表
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ＡＮＹＳＳ来比较和分析不同车速简支桥梁的动力响应。
密度ｐ０ｇｍ３本文研究的是高速车辆与桥梁的动力响＝２５０ｋ／，
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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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