铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应

高军

1.清华大学土木工程系北京海淀100083；

2.武广高铁公司湖北武汉430212

摘要：随着高速铁路的不断增加，列车以及桥梁的动力作用也逐渐凸显。高速运行列车会对桥梁产生一些冲击作用。而高速运行的列车在桥梁振动作用的影响之下会影响自身的平稳性以及安全性。对此，要加强对铁路桥梁高速列车作用之下动力相应的研究分析。文章主要对车-桥系统在撞击载荷的作用下的动力研究、车激动力相应、车辆参数对桥梁动力响应产生的影响进行了简单的探究分析，对铁路桥梁在高速列车的作用下的动力响应进行了论述分析，以供参考研究。

关键词：铁路桥梁；高速列车作用；动力响应

随着基础建筑项目的增多，高速铁路桥梁成为了现阶段主要建设内容。在高速铁路运行过程中势必会产生不同的动力响应，这样就会产生各种撞击荷载，要想保障列车的安全性，就要对其进行分析，进而保障列车行驶的安全性。

1.铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应研究现状

对于高速铁路桥梁来说，在高速列车行驶过程中会对铁路产生写摩擦桩基，在学术上来说就是车-桥耦合振动撞击。

在高速列车通过的过程中，在耦合振动影响之下，其产生的冲击荷载以及惯性荷载作用相对较大，其对于桥梁的振动影响较为显著，而打垮桥梁车激响应研究逐渐受到人们的重视，一些学者通过构建三维车辆模型及桥梁有限元模型进行分析，综合轮轨接触关系构建形成车桥耦合动力系统模型；综合在高速列车运行过程中，轨道因为不平顺会产生随机激励作用，在对桥系统动力方程进行计算求解，可以获得桥梁节点的振动响应。而一些学者通过模态坐标法对高速立车以及大跨度道岔连续量的空间耦合振动桥梁响应问题进行了研究分析。一些学者将车辆看做是两自由度体系，对车辆荷载激励下存在的多跨连续梁桥以及减振问题进行了研究分析，对铁路桥梁在高速列车作用之下的动力响应进行了分析。

2.路桥梁在高速列车作用下的动力响应研究

了解车-桥系统在撞击载荷的作用下的动力研究、车激动力相应、车辆参数对桥梁动力响应产生的影响，对铁路桥梁在高速列车的作用下的动力响应研究有着积极的价值与意义，其具体如下：

2.1车-桥系统在撞击载荷的作用下的动力研究

正常运行的高速列车与铁路之间势必会产生各种撞击问题，其产生的撞击荷载主要就是在桥梁以及列车之间作用。产生的振动撞击是持续的，主要就是通过车-桥摩擦振动系统模型进行分析研究。而在是撞击荷载作用下的车辆-桥梁动力相互作用的分解模型具体如下：

图1车辆-桥梁动力相互作用的分解模型

通过对车辆-桥梁动力相互作用的分解模型分析，可以发现在大体积流水对桥梁的墩台桩基过程中，并不会对列车的行驶安全产生影响。在高铁桥梁的设计过程中要参考此信息参数。高速列车的脱轨系数与撞击桥梁的中的跨中唯一、加速度等因素有着直接的关系；对桥梁设计要综合分析航道中的冲击力以及终极荷载作用之后对桥梁墩台造成的不良影响，在对这些状况进行分析过程中，要综合实际状况进行必要的防护设计，通过实践分析，现场测量，基于参照进行设计，可以提升列车行驶的安全性。

2.2车激动力相应

通过生死单元技术对高速列车跨越铁路桥梁的过程进行分析，就可以获得连续梁拱桥的车激动力影响。在高速列车通过全桥过程中，各跨跨中位移中的最大数值主要发生在列车行驶导致其具体位置的时候，而在列车行驶到到其他跨的过程中，本跨跨中位移会存在上扬波动的趋势，因为结构对称影响，左跨节点位移以及右跨节点位置变化规律类型，同时其位移幅值也一致。可以表明，在列车的荷载作用之下，不同跨跨中节点位置幅值较为类似。

2.3车辆参数对桥梁动力响应产生的影响

2.3.1车速影响

车速是影响铁路桥梁动力的关键因素。要想了解高速列车不同车速产生的影响，通过三种车速利用桥梁动力响应对其进行分析，可以发现，在车速提高的过程中，不同跨中节点动力响应具有增大的趋势特征，而位移冲击系数的变化则要高于弯矩冲击系数产生的变化，表明了车速对大跨度连续桥梁拱桥动位移的影响要高于动力结构内力产生的影响，也就是说，在相同的车速之下，连续梁拱桥边跨跨中的挠度冲击系数要高于中跨跨中的数值参数。

2.3.2弹簧刚度产生的影响

列车悬挂弹簧的刚度对桥梁的动力响应会产生一些影响，通过对0.5倍、1.0倍以及1.5倍三种弹簧刚度系数进行分析，可以对列车通过过程中产生的桥梁动力响应进行分析，在不同状态之下弹簧刚度产生的具体竖向扰度曲线具体如下图。

图2连续梁拱桥各跨跨中弯矩响应

通过上图可以发现，弹簧刚度对于中跨跨中节点动位移的影响类似，在不同弹簧刚度状态之下，中跨跨中扰度的最大数值出现的时刻均较为接近，其多数都是列车行驶到跨中位置左右；而中跨跨中动位移会随着弹簧刚度的不断增加也拓展；列车荷载行驶在边跨的时候，其中跨跨中的竖向扰度会存在一些波动问题，其波动的规律较为类型。列车悬挂弹簧的刚度较大的时候，列车对桥梁产生的作用就会加大，这样就会出现振动增强的现象。

而在不同弹簧刚度的各个跨跨中节点动力相应幅值进行分析可以发现，在弹簧刚度的增大过程中，各跨跨中竖向的动位幅值以及其速度峰值均显著提升，其竖向的位移冲击系数会受到弹簧刚度影响因素而受到波动，其弯矩冲击系数则波动较小，在整体上来说扰度以及弯矩终极系数在弹簧刚度增加过程中也会不断的增加。

连续桥梁拱桥因为中跨供助以及吊杆作用影响之下，其承载能力就会不断的提升，相对于高速列车在过桥中的动态响应的规范限制要求来说要小得多，也就说明了此种桥梁动力性能良好。车速作为影响大跨度连续梁拱桥动力的关键因素，其桥梁控制截面的动力响应极值以及冲击系数会自车速的增加变化过程中而不断提升。车辆弹簧刚度则会对铁路桥梁的动力响应产生一些影响，在车辆弹簧刚度的增加过程中，其桥梁动力响应也会不断的增大。

结束语

随着科技的发展，高速列车的速度在不断的提升，在高速铁路桥梁上会产生不同的动力相应，同时高速铁路桥梁也会受到不同类型的撞击与影响，而单一的撞击产生的荷载以及不同撞击的荷载作用会产生不同的动力相应，在复杂的撞击荷载作用之下，要想保障列车的行驶安全性，就要对铁路桥梁在高速列车作用之下产生的动力相应进行分析，进而保障列车的安全性。

参考文献：

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