1、高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋豎向動(dòng)撓度和行車(chē)速度之間關(guān)系的研究摘要：在高速鐵路建立中，橋梁占有很大局部比例。隨著高速鐵路的建立與開(kāi)展，行車(chē)速度的不斷進(jìn)步，而且高速鐵路橋梁對(duì)橋梁豎向變形的要求也非常嚴(yán)格。本文主要分析了在行車(chē)速度不斷進(jìn)步的前提下，橋梁構(gòu)造的豎向動(dòng)撓度和行車(chē)速度之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞：車(chē)橋耦合；速度；簡(jiǎn)支梁近幾年來(lái)，我國(guó)高速鐵路建立比擬迅速。越來(lái)越多的高鐵和動(dòng)車(chē)相繼投入運(yùn)行。鐵路的行車(chē)速度不斷進(jìn)步，運(yùn)載量也不斷加大。高速鐵路橋梁和高速鐵路車(chē)輛之間的互相影響關(guān)系也更多的受到人們的關(guān)注和研究。西南交通大學(xué)、石家莊鐵道大學(xué)等多所高校一直致力于這方面的研究與分析。本文擬通過(guò)建立四分之一車(chē)輛模型，綜合考慮輪

2、對(duì)、轉(zhuǎn)向架、車(chē)體的慣性力及其互相作用，采用有限元分析軟件ANSY淡研究和比擬行車(chē)速度對(duì)簡(jiǎn)支梁橋動(dòng)撓度的影響1-3。1 模型的建立用挪動(dòng)車(chē)輪、轉(zhuǎn)向架、車(chē)體組成的四分之一車(chē)輛模型模擬實(shí)際運(yùn)行的高速列車(chē)勻速運(yùn)行通過(guò)一跨度為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的簡(jiǎn)支橋梁的的情況，采用大型有限元分析軟件建立適當(dāng)?shù)牡哪Ｐ停瑢?duì)標(biāo)準(zhǔn)跨度簡(jiǎn)支橋梁的豎向位移進(jìn)展仿真模擬計(jì)算和分析。在本分析和計(jì)算中，簡(jiǎn)支橋梁模型不考慮橋梁本身不平整的影響，也不考慮橋梁本身的粗糙度以及地震作用和風(fēng)荷載對(duì)車(chē)輛、橋梁以及車(chē)輛與橋梁之間互相關(guān)系的影響。同時(shí)也不考慮車(chē)輛上橋之前的初始震動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，理想的認(rèn)為車(chē)輛是勻速的，沒(méi)有震動(dòng)的狀態(tài)下上橋，并且勻速運(yùn)行通過(guò)橋面。本

3、分析只考慮簡(jiǎn)支梁在豎向的變形，鑒于其受力特點(diǎn)決定采用二維梁?jiǎn)卧狟EAM3對(duì)于輪對(duì)質(zhì)量和車(chē)體質(zhì)量，由于只分析其沿簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)度方向的程度挪動(dòng)和隨簡(jiǎn)支梁在垂直方向的位移，鑒于其受力和位移的方向特點(diǎn)采用MASS21在本文選用的四分之一車(chē)模型中，要綜合考慮作為車(chē)體的質(zhì)量與作為轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量之間的彈簧與阻尼作用、作為質(zhì)量的轉(zhuǎn)向架與簡(jiǎn)化為質(zhì)量的車(chē)輪之間的彈簧阻尼作用，鑒于其受力特點(diǎn)采用的單元為COMBIN14x104KPq考慮到路面做法等因素混凝土的密度近似取為p=2500kg/m3。簡(jiǎn)支橋梁參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)跨徑取為32m，箱型斷面總高度取實(shí)際高度2.8m，橋梁總寬度為13m,橋梁的斷面截面積為8.29m2,慣性

4、矩計(jì)算得8.64m4。簡(jiǎn)支橋梁的單元?jiǎng)澐钟蓛煞矫鏇Q定：1、橋梁上車(chē)輛的運(yùn)行速度；2、簡(jiǎn)支橋梁的長(zhǎng)度。在本文的分析和計(jì)算中，將簡(jiǎn)支梁橋均勻通過(guò)101個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為100個(gè)單元，25節(jié)點(diǎn)、51節(jié)點(diǎn)、75節(jié)點(diǎn)把橋梁分成四份，取這三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為左側(cè)四分之一節(jié)點(diǎn)、跨中節(jié)點(diǎn)、右側(cè)四分之一節(jié)點(diǎn)。車(chē)體參數(shù)如下：車(chē)輪質(zhì)量1.887噸，車(chē)身質(zhì)量36.8噸，車(chē)體和輪對(duì)之間的轉(zhuǎn)向架質(zhì)量5.36噸，輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架之間彈簧剛度和阻尼取K1=2180kN/m,C1=150kN/m-s,轉(zhuǎn)向架和車(chē)體之間彈簧剛度及阻尼參數(shù)取為：K2=760kN/m,C2=1500kN/m-s。2.1數(shù)值模擬及結(jié)果分析本文考慮的速度變化范圍按車(chē)速由

5、5300km/h考慮計(jì)算，本文主要考慮和分析和比照研究的是標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁構(gòu)造在速度為5km/h、50km/h、100km/h、200km/h、300km/h五種不同工況下橋梁構(gòu)造的豎向動(dòng)撓度變化情況。不同速度下構(gòu)造的動(dòng)撓度情況。圖1各節(jié)點(diǎn)最大動(dòng)撓度曲線通過(guò)圖1比照出32m簡(jiǎn)支梁橋上各個(gè)節(jié)點(diǎn)在速度為5km/h、50km/h、100km/h、200km/h、300km/h下橋梁構(gòu)造各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大豎向動(dòng)撓度，從圖中我們可以看出：隨著列車(chē)速度的進(jìn)步，橋梁上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大豎向動(dòng)撓度都有所增加，也就是說(shuō)，隨著行車(chē)速度的不斷增加，橋梁的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大豎向動(dòng)撓度都是逐漸增大的。通過(guò)曲線的形狀也可以看出，在本分析

6、中，簡(jiǎn)支梁橋的最大豎向動(dòng)撓度的發(fā)生位置并不是在簡(jiǎn)支梁的中部，而是發(fā)生于中部附近的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)圖2我們可以看出三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)在不同車(chē)輛速度下的豎向動(dòng)撓度，從中我們可以看出在速度不是很高v=50km/h,v=100km/h的情況時(shí)，本分析所選取的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)撓度是沒(méi)有什么規(guī)律的，仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)線可以發(fā)現(xiàn)，各點(diǎn)的豎向位移都是近似的以不確定的頻率圍繞v=5km/h狀態(tài)下的橋梁撓度的波動(dòng)，這種波動(dòng)類(lèi)似與正弦曲線，隨著行車(chē)速度的的不斷進(jìn)步，這種類(lèi)似與正弦的波動(dòng)的波動(dòng)頻率變低，波動(dòng)的幅度變大，波動(dòng)的周期邊長(zhǎng)。圖2橋梁構(gòu)造在不同車(chē)輛速度下的動(dòng)撓度通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)和圖2可以比照出：當(dāng)速度為50km/h時(shí)，跨中節(jié)點(diǎn)、左

7、四分節(jié)點(diǎn)、右四分節(jié)點(diǎn)的豎向動(dòng)撓度分別為橋梁在靜態(tài)車(chē)速下豎向動(dòng)撓度的102%、103%、103%；當(dāng)車(chē)速為100km/h時(shí)，跨中節(jié)點(diǎn)、左四分節(jié)點(diǎn)、右四分節(jié)點(diǎn)的豎向動(dòng)撓度分別為橋梁在靜態(tài)車(chē)速下豎向動(dòng)撓度的104%、107%、107%；當(dāng)車(chē)速為200km/h時(shí)，跨中節(jié)點(diǎn)、左四分節(jié)點(diǎn)、右四分節(jié)點(diǎn)的豎向動(dòng)撓度分別為橋梁在靜態(tài)車(chē)速下豎向動(dòng)撓度的117%、114%、116%；當(dāng)車(chē)速為300km/h時(shí)，跨中節(jié)點(diǎn)、左四分節(jié)點(diǎn)、右四分節(jié)點(diǎn)的豎向動(dòng)撓度分別為橋梁在靜態(tài)車(chē)速下動(dòng)撓度的116%、123%、111%；綜合以上動(dòng)撓度的數(shù)據(jù)比照可以看出：在行車(chē)速度不是很高的情況下，行車(chē)速度對(duì)橋梁上三個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響不是很大，但是

8、隨著行車(chē)速度的不斷進(jìn)步，行車(chē)速度對(duì)橋梁上三個(gè)節(jié)點(diǎn)豎向動(dòng)撓度的影響會(huì)逐漸增大。同時(shí)從上面的數(shù)據(jù)可以得出，橋梁豎向動(dòng)撓度的進(jìn)步并不是與車(chē)速成正比的。表1不同節(jié)點(diǎn)在車(chē)速不同下的最大動(dòng)撓度2 結(jié)論 1隨著行車(chē)速度的進(jìn)步，橋梁豎向的動(dòng)撓度總體變化的趨勢(shì)是變大的。 2橋梁最大豎向動(dòng)撓度不一定發(fā)生在橋梁的跨中，經(jīng)常發(fā)生在跨中前后。 3橋梁的豎向動(dòng)撓度和行車(chē)速度之間并非是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是更加復(fù)雜的曲線關(guān)系。參考文獻(xiàn)：1 錢(qián)仲候.高速鐵路概論M.北京：中國(guó)鐵道出版社，1999第二版.2 鐵道部工程管理中心，鐵道科學(xué)研究院.高速鐵路技術(shù)M.北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.3XiaHe，ZhangNan.Dynamicanalysiso