• ISSN 0258-2724
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铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能

勾红叶 石晓宇 周文 康锐

勾红叶, 石晓宇, 周文, 康锐. 铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(4): 679-686. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.003
引用本文: 勾红叶, 石晓宇, 周文, 康锐. 铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(4): 679-686. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.003
GOU Hongye, SHI Xiaoyu, ZHOU Wen, KANG Rui. Coupled Train-Bridge Vibration and Dynamic Characteristics of Long-Span T-Shaped Rigid Frame Railway Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(4): 679-686. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.003
Citation: GOU Hongye, SHI Xiaoyu, ZHOU Wen, KANG Rui. Coupled Train-Bridge Vibration and Dynamic Characteristics of Long-Span T-Shaped Rigid Frame Railway Bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(4): 679-686. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.003

铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.04.003
基金项目: 

中国铁建股份公司科技研究开发计划资助 2014-C34

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 2682015CX078

国家自然科学基金资助项目 51108382

详细信息
    作者简介:

    勾红叶(1983-), 女, 副教授, 博士, 研究方向为高速铁路桥梁防灾减灾与行车安全, E-mail:gouhongye@163.com

  • 中图分类号: U448.231

Coupled Train-Bridge Vibration and Dynamic Characteristics of Long-Span T-Shaped Rigid Frame Railway Bridge

  • 摘要: 为探究铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动特性与动力性能,以宜万铁路马水河大桥为工程背景,建立桥梁空间杆系有限元模型以及包含31个自由度的车辆模型,进行车桥耦合振动计算分析.通过动载试验测试桥梁的自振特性,并测试列车以不同速度通过桥跨和以一定速度在特定位置制动时桥跨结构的动应变、动位移以及加速度等动力响应.依据动载试验与车桥耦合振动计算综合分析马水河大桥的动力性能.研究结果表明:车桥耦合振动计算结果与实测结果吻合较好,桥梁结构动力响应满足规范限值,该桥具有良好的横向、竖向刚度与动力性能;实测桥跨结构及墩顶动力系数最大值为1.08,桥梁结构受行车及制动的动力作用不明显;列车的动力响应随车速的提高而增大,但均满足规范限值,具有良好的安全性与平稳性.

     

  • 图 1  宜万铁路马水河大桥

    Figure 1.  Mashuihe bridge on Yichang-Wanzhou railway line

    图 2  坐标系统简图

    Figure 2.  Coordinate system diagram

    图 3  桥梁有限元模型

    Figure 3.  Finite element model of the bridge

    图 4  马水河大桥动载试验测试截面布置示意图(单位:cm)

    Figure 4.  Positions of measured sections and arrangement of measuring points (unit: cm)

    图 5  A-A测试截面竖向加速度时程曲线(单线80 km/h)

    Figure 5.  Time-history curve of measured vertical acceleration at section A-A under the train running on a single line at 80 km/h

    图 6  B-B测试截面横向加速度时程曲线(单线80 km/h)

    Figure 6.  Time-history curve of measured transverse acceleration at section B-B under the train running on a single line at 80 km/h

    图 7  A-A测试截面动挠度时程曲线(单线80 km/h)

    Figure 7.  Time-history curve of measured and calculated vertical deflection at section A-A under the train running on a single line at 80 km/h

    图 8  B-B测试截面横向振幅时程曲线(单线80 km/h)

    Figure 8.  Time-history curve of measured and calculated lateral displacement at section B-B under the train running on a single line at 80 km/h

    表  1  列车过桥时车辆响应

    Table  1.   Dynamic responses of carriages under the train running on the bridge

    车速/(km·h-1) 工况 脱轨系数 轮重减载率 轮轴横向力/kN 加速度/(m·s-2) 平稳性指标
    横向 竖向 横向 竖向
    40 单线 0.24 0.34 27.89 0.59 0.20 2.08 1.44
    双线 0.24 0.34 27.91 0.58 0.20 2.06 1.44
    50 单线 0.25 0.36 30.31 1.04 0.52 2.49 1.90
    双线 0.26 0.36 30.65 1.04 0.52 2.50 1.90
    60 单线 0.26 0.37 30.36 1.50 0.85 2.82 2.20
    双线 0.26 0.37 30.91 1.52 0.85 2.83 2.20
    70 单线 0.26 0.39 31.70 1.42 1.31 2.81 2.50
    双线 0.26 0.39 31.98 1.35 1.31 2.77 2.50
    80 单线 0.26 0.39 32.93 1.46 2.20 2.87 2.91
    双线 0.26 0.38 33.47 1.46 2.23 2.87 2.92
    90 单线 0.30 0.39 38.15 1.81 2.59 3.10 3.05
    双线 0.30 0.39 34.34 1.83 2.54 3.11 3.03
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    表  2  桥梁自振特性

    Table  2.   Free-vibration characteristics of the bridge

    序号 实测频率/Hz 计算频率/Hz 振型 阻尼比
    1 0.855 0.876 主桥一阶横向弯曲 0.029
    2 1.392 1.415 主桥二阶横向弯曲 0.018
    3 1.611 1.707 主桥一阶竖向弯曲 0.015
    4 2.246 2.524 主桥二阶竖向弯曲 0.011
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    表  3  控制截面处动力系数

    Table  3.   Dynamic coefficients of control sections

    车速/
    (km·h-1)
    工况 A-A B-B
    上缘 下缘 上缘 下缘
    实测 计算 实测 计算 实测 计算 实测 计算
    20 单线 1.01 1.06 1.01 1.04 1.02 1.08 1.01 1.07
    双线 1.01 1.08 1.01 1.08 1.01 1.11 1.00 1.05
    40 单线 1.01 1.05 1.01 1.07 1.01 1.09 1.01 1.02
    双线 1.01 1.10 1.01 1.09 1.01 1.05 1.01 1.10
    制动 1.07 1.13 1.07 1.17 1.08 1.15 1.04 1.14
    60 单线 1.04 1.09 1.01 1.06 1.02 1.10 1.01 1.08
    双线 1.02 1.07 1.01 1.09 1.02 1.06 1.01 1.04
    80 单线 1.02 1.08 1.02 1.10 1.02 1.12 1.01 1.06
    双线 1.04 1.10 1.03 1.10 1.02 1.12 1.01 1.07
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    表  4  控制截面处振动加速度

    Table  4.   Acceleration of control sections

    m/s2
    车速/
    (km·h-1)
    工况 A-A B-B
    横向 竖向 横向 竖向
    实测 计算 实测 计算 实测 计算 实测 计算
    20 单线 0.10 0.19 0.13 0.30 0.03 0.11 0.01 0.09
    双线 0.10 0.22 0.21 0.35 0.03 0.15 0.01 0.05
    40 单线 0.14 0.24 0.45 0.61 0.03 0.17 0.02 0.10
    双线 0.18 0.26 0.36 0.57 0.03 0.14 0.03 0.13
    制动 0.07 0.15 0.07 0.24 0.02 0.16 0.03 0.15
    60 单线 0.26 0.38 0.43 0.67 0.04 0.20 0.02 0.15
    双线 0.24 0.41 0.49 0.65 0.05 0.21 0.03 0.12
    80 单线 0.23 0.37 0.46 0.74 0.04 0.27 0.04 0.17
    双线 0.27 0.45 0.58 0.78 0.05 0.31 0.04 0.19
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    表  5  控制截面处横向振幅及动挠度

    Table  5.   Lateral displacement and vertical deflection of control sections

    mm
    车速/
    (km·h-1)
    工况 A-A B-B
    横向振幅 动挠度 横向振幅
    实测 计算 实测 计算 实测 计算
    20 单线 0.28 0.61 0.14 0.27
    双线 0.31 0.57 39.4 56.3 0.10 0.25
    40 单线 0.33 0.78 0.17 0.35
    双线 031 0.67 41.3 65.8 0.19 0.42
    60 单线 0.44 0.84 0.13 0.25
    双线 0.47 0.91 43.7 70.2 0.18 0.68
    80 单线 0.27 0.75 0.12 0.31
    双线 0.54 1.51 45.5 78.6 0.17 0.57
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  • 收稿日期:  2017-09-19
  • 刊出日期:  2018-08-01

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