基于移动荷载谱的高速铁路简支梁桥基频限值分析

控制桥梁振动响应是保证高速列车安全稳定运行的关键,遵循梁体不发生共振或较大位移响应的原则,提出了简支梁桥基频限值频域分析法。首先基于移动荷载列模型,通过傅里叶变换得到了桥梁振动响应谱和移动荷载谱,并从时域角度验证了谱的正确性;然后通过引入间跨比γ和无量纲速度κ,探究了在不同移动荷载列作用下桥梁自由振动发生最大位移响应时,无量纲速度κ和间跨比γ之间的关系;其次根据γ-κ关系曲线分析了24 m、32 m、40 m简支梁桥最大位移响应下的无量纲速度κ;最后为了避免列车激励下桥梁发生共振或较大位移响应,参考国际铁路联盟基频限值规范,基于移动荷载谱给出了移动荷载列在不同设计时速下24 m、32 m、40 m简支梁桥基频限值建议值。研究表明:移动荷载幅值谱与时域计算的桥梁自由振动位移幅值响应规律一致;单节车长25 m左右的移动荷载列以共振速度激励桥梁时,24 m、32 m简支梁桥自由振动都能达到最大位移响应,而40 m简支梁桥仅产生较大位移响应,且在列车运营速度范围内达不到产生最大位移的条件;桥梁基频限值随着列车时速的增加而增大,当最大设计时速400 km/h时24 m、32 m、40 m简支梁桥基频建议下限值分别为6.00 Hz、4.94 Hz、5.66 Hz。

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。

400 km/h高速铁路两种简支梁桥竖向基频限值对比研究

随着莫斯科—喀山400 km/h高速铁路设计的逐步推进,国内已有的高速铁路设计规范对于简支梁桥基频限值的相关条文已不能满足设计需求。为避免列车通过桥梁时出现过大振动甚至产生共振,以莫喀高速铁路两种33. 1 m简支梁桥形式(混凝土简支箱梁桥、钢-混结合简支梁桥)为背景,通过车桥耦合振动分析,对简支梁桥的竖向挠度和基频限值进行研究。结果表明:列车活载类型对桥梁竖向基频限值有一定影响,这与车辆的车长和轴重等参数有关;对于跨度L=33. 1 m混凝土简支箱梁桥,中国高速列车对应的竖向基频限值为100/L,俄罗斯设计列车对应的竖向基频限值为140/L; 33. 1 m钢-混结合简支梁比33. 1 m混凝土简支箱梁桥的竖向基频限值更高。本研究成果可为400 km/h高速铁路简支梁桥设计提供参考。

高速铁路简支梁基于桥面加速度的基频限值

考虑轻型桥梁结构和轨道结构的发展方向,有必要研究基于桥面加速度的基频限值。采用移动荷载列模型,针对32、40 m跨度高速铁路简支梁在不同质量、不同设计速度下进行车桥动力理论分析,基于桥面加速度评判指标给出了基频限值。研究结果表明:随着梁体自振频率增加,列车作用引起的桥面加速度逐渐减小。相同计算条件下,线质量越大计算得到的桥面加速度越小。对于线质量不大于20 t/m的无砟32 m跨度简支梁、线质量不大于25 t/m的有砟32 m跨度简支梁和线质量不大于5 t/m的无砟40 m跨度简支梁,提出的基于桥面加速度基频限值大于既有规范限值。线质量越小的简支梁,基频限值越大。研究成果可为高速铁路简支梁设计提供参考。