高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

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发布时间：2021-09-15

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高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究
尹京，王巍，刘鹏辉，姚京川，孟鑫，
(1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；
2．中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081)
摘要：通过测试(48+3×80+48)m 大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2动车组
以各种速度通过桥梁时的动力响应，结合理论计算分析，对大跨度连续梁动力性能进行分析和评价。结
果表明：引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应，竖向加载频率主要取决于列
车速度和车长；列车荷载激励频率和大跨度预应力混凝土连续梁的某阶自振频率相吻合时，桥梁的振动
响应出现峰值，各跨振动响应峰值与该阶自振频率对应的振型形状有关；实测梁体动力响应均符合相关
规范要求，能够满足列车运行安全性和平稳性的要求。
关键词：大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究
中图分类号：U446．1 文献标识码：A
关于高速列车作用下桥梁动力响应问题的研究，
松浦章夫¨ ，Fryba 等人建立了比较完善的力学模型
和运动方程。由于高速列车作用下桥梁结构的动力响
应会直接影响轨道线路的平顺性，影响行车安全和旅
客舒适度，因此对这些大跨度桥梁的动力性能试验研
究非常重要。本文以(48+3×80+48)m大跨度
预应力混凝土连续梁为例，结合理论计算分析，对大跨
度预应力混凝土连续桥梁进行动力学分析和评价。
1 试验概况
(48+3×80+48)m大跨度预应力混凝土连续梁
桥全长337．5 In，端支座处、边跨直线段和跨中处梁高
4．0 m，中支点处梁高7．0 m，横截面为直腹板，单箱单
室，底宽6．7 nl，顶板宽13 In，顶板厚45 cm。桥上线路
为有砟轨道，直线、平坡。采用双KZQZ曲面球型减隔
震支座，横桥向支座中心距5．3 m。桥墩为圆端形实
心墩，嵌岩桩基础，墩高10．65 m。全桥概貌见图1。
理论计算采用通用有限元软件TDV建模，全桥以
梁单元模拟，纵向固定支座位于第3跨3号桥墩上。
列车荷载按实际试验编组分为试验货车和动车组
两种：
试验货车编组为HXD。 +12辆c 。(重)+13辆
C 。(空)，试验速度为80～120 km／h，如图2。
收稿日期：2011一i1—18；修回日期：2011—12-10
基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(J2010G005)
作者简介：尹京(1983一)，男，天津市人，助理研究员，硕士。
1 (48+3×80+48)In连续梁桥概貌
动车组为CRH2空车，8节编组，试验速度为180～
275 km／h，如图3。
车一桥耦合作用是包含轮轨相互作用的复杂过
程。本文将采用一种快速建模和计算的方法，将列车
模拟成一系列间距的集中荷载，作为移动荷载来计算，
不考虑质量移动，以隐式时间推进为基础，遵守
Newmark法。通过这种方法既可以得到相对满意的结
果，又可快速计算由车辆高速经过桥梁所引起的动力
效应，快速找到可能的共振速度，为实际运营试验提供
指导。列车的理想模型如图4所示。
2 动力特性分析
2．1 自振频率
通过有限元模型模态分析可以得到(48+3×
80+48)m连续梁前四阶振型以及相应的自振频率
值，分别如图5和表1所示。将自振频率理论值和实
测值(脉动法)进行比较，可以看出结构自振频率实测
值略大于理论计算值，这主要是由实际混凝土弹性模