一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法及斜拉桥技术

本发明专利技术涉及斜拉桥技术领域，特别涉及一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法及斜拉桥，本发明专利技术的铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法通过建立动力分析模型，并采用动力分析方法，分析斜拉桥结构刚度参数分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，同时以车‑桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围，使设计出的铁路大跨度斜拉桥的刚度及设计参数在限值范围内，从而使刚度得以控制，使大跨度斜拉桥满足使用性能要求，对推广铁路大跨度斜拉桥起着重要的作用，节省巨额成本。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法及斜拉桥
本专利技术涉及斜拉桥
，特别涉及一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法及斜拉桥。
技术介绍
高速列车通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适性，桥梁振动与桥梁刚度具有直接联系，因此，必须要求桥梁具有一定的竖向刚度和横向刚度，才能保证列车行车安全性与旅客乘车舒适性的要求。评价车辆走行性的指标主要是车辆安全性及车辆的平稳性，车辆安全性主要涉及车辆脱轨及倾覆等危及行车安全的问题，采用车辆动力响应和桥梁动力响应指标来评价列车脱轨安全度，车辆运行平稳性是衡量车辆运行性能的一项重要技术指标。对于大跨度的铁路斜拉桥，可参考的工程实践很少，全球仅有铁路斜拉桥6座，均为普速铁路斜拉桥，其中，国内仅有跨度为96m的红水河桥，国外最大跨度的铁路斜拉桥为南斯拉夫萨瓦河桥，其跨度为254m。通常将300m以上跨度的铁路斜拉桥称之为铁路大跨度斜拉桥，所以，铁路大跨度斜拉桥在国际国内均没有建设经验，在工程实践重一直处于空白。相对于公铁两用和多线铁路斜拉桥，双线铁路大跨度斜拉桥具有跨度大、桥面窄、体量轻、活载比重大等特点，虽然具有工程投资上的成本优势，但是由此引起的桥梁动力效应也比较明显，长期以来，桥梁工程界一直认为铁路大跨度斜拉桥属于柔性结构，难以满足高标准铁路的刚度要求，对刚度难以进行有效的控制，因此，修建大跨度铁路斜拉桥成为行业内的禁忌，刚度控制问题十分突出，成为制约行车安全的关键。桥梁横向振幅是列车运行荷载作用下，桥梁结构的几何特性、物理特性以及动力特性的在桥梁横向刚度上的综合反映，为保证行车安全和旅客的舒适性，有必要对桥梁横向振幅加以限制。对于中小跨度铁路桥梁，常以横向自振周期为主的方法来控制刚度，对于大跨度铁路桥梁，没有刚度控制标准，如仍用自振周期为主的方法控制刚度既难以实现，又缺乏合理性，同时，采用横向自振周期为主控制刚度的方法会导致在建设桥梁时用钢量极大(约30t/m)，这不仅增加了桥梁自身的重量，而且极其不经济、不合理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术中所存在的铁路大跨度斜拉桥刚度难以控制，从而导致无法修建铁路大跨度斜拉桥的问题，提供一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法及斜拉桥，该刚度控制方法建立动力分析模型，并采用动力分析方法，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围，使铁路大跨度斜拉桥的刚度得到有效控制，为大跨度铁路斜拉桥的建设提供依据，解决了大跨度斜拉桥刚度较难控制的技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到推广，节省了大量工程投资成本。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括桥梁和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥结构刚度参数分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围。在轨道不平顺及外在激励(如风荷载、地震荷载等)作用下，高速车辆通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适度。因此，需对车辆和桥梁的振动程度加以限制，通过相应的指标来评判车辆和桥梁的振动性能，从而使桥梁的刚度得以控制，保证车辆在桥梁上安全行驶。现有的铁路桥梁主要为中小跨度的铁路桥梁，对于中小跨度铁路桥梁，常以横向自振周期为主的方法来控制刚度，如仍采用自振周期为主的方法来控制大跨度斜拉桥的刚度，既难以实现，又缺乏合理性。车辆-桥梁系统是一个耦合体系，桥梁的过大振动不仅使结构疲劳强度降低、线路形状发生改变，而且还会影响桥上车辆的行车安全性和平稳性。车辆-桥梁系统中，车辆和桥梁是两个相对独立的子系统，两者振动特性差异较大。因此，除对车辆的振动特性进行评定外，亦需相应的指标来评判桥梁的振动水平。桥梁结构在列车荷载的作用下将产生竖向和横向的位移，从而引起支座端部产生转角，使相邻范围内的线路形成不平顺曲线，动车及车辆通过该部位时，必然受到激振，影响列车行车的安全性与舒适性。因此，必须要求桥梁具有一定的刚度，才能保证列车行车安全与旅客乘车舒适性的要求。本方案通过建立铁路大跨度斜拉桥模型，对铁路大跨度斜拉桥的结构刚度参数的敏感性进行分析，并车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围，为大跨度铁路斜拉桥的建设提供刚度值和设计参数值的依据，使铁路大跨度斜拉桥的刚度得以有效控制，保证桥梁安全和列车的行驶安全，实现铁路斜拉桥最大跨度的飞跃。优选的，所述斜拉桥结构刚度参数包括桁宽、桁高、桥面系刚度、斜拉索刚度、辅助墩和道砟板。优选的，所述车-桥系统评价指标体系包括车辆动力评价标准、轨道动力评价标准和桥梁主梁刚度评价标准。铁路大跨度斜拉桥作为超静定柔性结构，整体受力复杂，结构每一个参数的变化都有可能引起桥梁受力及位移显著变化，而铁路大跨度斜拉桥的结构参数包括桁宽、桁高、桥面系、拉索、辅助墩和道砟板，通过分析这些结构刚度参数分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的影响规律，并以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出斜拉桥结构参数变化对斜拉桥刚度的影响情况。桁宽和桁高为主梁的重要结构参数，需要进行分析，斜拉桥的桥面系和拉索同样对桥梁受力和位移变化其中重要作用，而是否需要设置辅助墩和道砟板，对斜拉桥的刚度也具有较大影响，通过对桥面系相对刚度、拉索相对刚度、辅助墩和道砟板方面进行敏感性分析，得到结构刚度参数变化时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，并以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，为确定斜拉桥刚度限值范围的取值提供依据和参考。优选的，在步骤b中，还包括改变二期恒载，得到在二期恒载改变前后两种工况下的车辆动力响应和桥梁动力响应的情况，并进行对比，得出二期恒载对车辆动力响应和桥梁动力响应的影响情况。优选的，在步骤b中，还包括引入外界环境所产生的荷载所引起的变形，得到在引入前后两种条件下的车辆动力响应和桥梁动力响应的情况，并进行对比，得出外界环境所产生的荷载的影响情况。优选的，在分析桁宽对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出桁宽基准值，并择取桁宽基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出桁宽在多个数值下的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到桁宽变化对斜拉桥刚度的影响情况。斜拉桥的跨度确定后，可以根据跨度得出桁宽的基准值，再根据该基准值左右择取多个相邻的数值，并得出在不同的车辆前进速度下择取的多个该相邻数值所对应的桥梁动力特性、桥梁动力响应和车辆动力响应方面的一系列数值，并根据这一系列数值得出桁宽变化对桥梁动力特性、桥梁动力响应和车辆动力响应方面的影响规律，从而确定对斜拉桥刚度的影响情况，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围，使得铁路大跨度斜拉桥的刚度数值在其限值范围内。优选的，在分析桁高对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出桁高基准值，并择取桁高基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出桁高在多个数值下的桥梁动力特性、车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括桥梁和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥结构刚度参数分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、以车‑桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围。

【技术特征摘要】
1.一种铁路大跨度斜拉桥的刚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括桥梁和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥结构刚度参数分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出铁路大跨度斜拉桥的刚度限值范围和设计参数取值范围。2.根据权利要求1所述的刚度控制方法，其特征在于，在步骤b中，所述斜拉桥结构刚度参数包括桁宽、桁高、桥面系刚度、斜拉索刚度、辅助墩和道砟板。3.根据权利要求2所述的刚度控制方法，其特征在于，在步骤c中，所述车-桥系统评价指标体系包括车辆动力评价标准、轨道动力评价标准和桥梁主梁刚度评价标准。4.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，所述步骤b中，还包括：改变二期恒载，采用动力分析分析方法，得到在改变前后两种工况下的车辆动力响应和桥梁动力响应的情况，并进行对比，得出二期恒载的影响情况。5.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，所述步骤b中，还包括：引入外界环境所产生的荷载所引起的变形，采用动力分析分析方法，得到在引入前后两种条件下的车辆动力响应和桥梁动力响应的情况，并进行对比，得出外界环境所产生的荷载的影响情况。6.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，在分析桁宽对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出桁宽基准值，并择取桁宽基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出桁宽在多个数值下的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到桁宽变化对斜拉桥刚度的影响情况。7.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，在分析桁高对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出桁高基准值，并择取桁高基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出桁高在多个数值下的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到桁高变化对斜拉桥刚度的影响情况。8.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，在分析桥面系刚度对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出桥面系相对刚度基准值，并择取桥面系相对刚度基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出桥面系相对刚度在多个数值下的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到桥面系相对刚度变化对斜拉桥刚度的影响情况。9.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，在分析拉索刚度对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应时，包括以下内容：根据斜拉桥的跨度得出拉索相对刚度基准值，并择取拉索相对刚度基准值相邻的多个数值，在不同的车辆前进速度条件下分别得出拉索相对刚度在多个数值下的桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应方面的变化情况，从而得到拉索相对刚度变化对斜拉桥刚度的影响情况。10.根据权利要求3所述的刚度控制方法，其特征在于，在分析辅助墩对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈克坚，陈思孝，许佑顶，陈良江，李锐，曾永平，李永乐，戴胜勇，陈天地，袁明，艾宗良，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51