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1、第32卷,第2期中國(guó)鐵道科學(xué)Vol32No22011年3月CHINARAILWAYSCIENCEMarch,2011文章編號(hào):10014632(2011)02004107基于橋梁基準(zhǔn)有限元模型的列車橋梁空間耦合振動(dòng)分析1,21,2肖祥,任偉新(1.中南大學(xué)土木建筑學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410075;2.中南大學(xué)高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙410075)摘要:以武漢天興州公鐵兩用大橋?yàn)檠芯勘尘?基于大橋通車前環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)得到的模態(tài)識(shí)別參數(shù)對(duì)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立的橋梁初始
2、有限元模型進(jìn)行修正,建立反映橋梁真實(shí)動(dòng)力行為的基準(zhǔn)有限元模型?；谠摶鶞?zhǔn)有限元模型,建立大橋列車橋梁空間耦合振動(dòng)方程,采用模態(tài)綜合法,進(jìn)行單線行車、雙線并行和雙線對(duì)開工況下的列車橋梁空間耦合振動(dòng)分析,并對(duì)車輛運(yùn)行的舒適性和安全性進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明,在上述各工況下,列車通過該橋時(shí),車輛的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)值均滿足規(guī)范規(guī)定要求,列車行駛的安全性和平穩(wěn)性均較好;橋梁中跨跨中最大橫向位移為152cm,最大豎向位移為105cm,相應(yīng)的豎向、橫向撓跨比分別為1/4800和1/33158,均滿足鐵路橋梁檢定規(guī)范要求,說明該橋具有足夠的橫
3、向和豎向剛度。關(guān)鍵詞:橋梁;基準(zhǔn)有限元模型;環(huán)境振動(dòng);車橋耦合;模態(tài)分析中圖分類號(hào):U441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A隨著鐵路列車速度不斷提高,橋梁(線路)結(jié)構(gòu)置為98m+196m+504m+196m+98m,主梁承受的動(dòng)力作用越來越大,列車自身的動(dòng)力響應(yīng)也采用3片主桁結(jié)構(gòu)。主桁節(jié)間14m,桁寬30m,越來越大。運(yùn)行列車過橋時(shí),移動(dòng)車輛對(duì)橋梁的動(dòng)桁高152m。在斜拉橋98m錨跨及相鄰邊跨5個(gè)力沖擊作用直接影響橋梁的工作狀態(tài)和使用壽節(jié)間段,上弦桿頂面與混凝土橋面板通過剪力釘相[1]命。因此,車輛橋梁(線路)的動(dòng)力相互作用是結(jié)
4、合,其余與正交異性鋼橋面板結(jié)合為一體。每個(gè)[27]鐵路工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已往研究中的有限主塔及橋墩在3片主桁下均設(shè)豎向支座,支座為滑元模型都是依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)圖紙建立的。然而,對(duì)既板式鑄鋼支座,縱向?yàn)榛顒?dòng),2個(gè)主塔的橫梁與主有橋梁或剛修建橋梁進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)動(dòng)力分析桁之間設(shè)縱向液壓阻尼支座以傳遞縱向力。主塔為時(shí),依據(jù)原始設(shè)計(jì)圖紙建立的橋梁有限元模型往往鉆石型,混凝土結(jié)構(gòu),塔高190m,全部為空心矩與結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)有一定的出入,有時(shí)會(huì)很大,形斷面。下塔柱高為29288m,中塔柱高為給車輛橋梁空間耦合振動(dòng)分析帶來較大誤差。基96
5、724m,上塔柱高為62488m。該橋?yàn)槭澜缟嫌跇蛄涵h(huán)境振動(dòng)試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)依據(jù)原始設(shè)跨度和載荷最大的公鐵兩用斜拉橋。上層為6車道計(jì)圖紙建立的橋梁有限元模型進(jìn)行修正可得到橋梁公路,下層為4線鐵路2線客運(yùn)線、2線?級(jí)實(shí)際工作模型,從而可以更合理地進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)分干線,其中上游側(cè)1,2線為客運(yùn)專線,設(shè)計(jì)車速-1[810]為200km#h;下游側(cè)3,4線為?級(jí)干線,天析。本文以武漢天興州公鐵兩用大橋?yàn)檠芯勘尘?基于該橋通車前環(huán)境振動(dòng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),獲得橋興州大橋跨徑布置和典型橫斷面如圖1所示。梁實(shí)際工作模型,進(jìn)行車橋耦合振動(dòng)
6、分析。武漢天興州大橋正式通車之前,對(duì)全橋進(jìn)行了基于環(huán)境振動(dòng)的動(dòng)力試驗(yàn)。測(cè)試內(nèi)容包括全橋各測(cè)1工程簡(jiǎn)介點(diǎn)豎向、橫向以及縱向的加速度時(shí)程。在公路橋面兩側(cè)對(duì)應(yīng)每根拉索位置、支座位置和邊跨跨中均設(shè)天興洲大橋主橋?yàn)殡p塔3索面斜拉橋,跨徑布測(cè)點(diǎn),共布設(shè)了150個(gè)測(cè)點(diǎn)。整個(gè)測(cè)試分成15個(gè)收稿日期:20100820;修訂日期:20101115基金項(xiàng)目:國(guó)家八六三!計(jì)劃項(xiàng)目(2009AA11Z101)作者簡(jiǎn)介:肖祥(1979),男,湖北武漢人,博士研究生。42中國(guó)鐵道科學(xué)第32
7、卷建立初始有限元模型。主梁鋼桁架各桿件,包括上下弦桿、豎桿、斜桿、縱橫梁、平聯(lián)斜撐與橫撐等,采用三維等截面梁?jiǎn)卧狟EAM4模擬,索錨固點(diǎn)、主橫梁交點(diǎn)為梁?jiǎn)卧淖匀还?jié)點(diǎn),共15470個(gè)單元;混凝土橋塔是變截面梁,采用三維變截面梁?jiǎn)卧狟EAM44模擬,共有894個(gè)單元;斜拉索采用只拉不壓的三維桿單元LINK10模擬,每根索取為1個(gè)單元,共192個(gè)單元;對(duì)公路正交異性鋼橋面板與U型肋作了簡(jiǎn)化處理,將它們作為1個(gè)整體,并等效成等厚的面板。它和公路混凝土橋面板均采用板殼單元SHELL63模擬,且板單元與梁?jiǎn)卧探?共有2808個(gè)板殼單元;壓
8、重塊采用集中質(zhì)量單元MASS21模擬,共30個(gè)單元;護(hù)欄等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量簡(jiǎn)化后與錨頭的質(zhì)量一并加到斜圖1天興橋立面圖和典型橫斷面圖拉索與主梁相連的錨頭處,也采用MASS21單元模擬,共192個(gè)單元。主梁與塔為活動(dòng)鉸支座,基組進(jìn)行,每組包括10個(gè)
