一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法技术

本发明专利技术涉及斜拉桥技术领域，特别涉及一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，该方法通过建立铁路大跨度斜拉桥模型和桥梁模型，采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同的车辆行驶速度下对桥梁动力特性、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，得到在不同刚度数值下对桥梁整体刚度的影响情况，进而得到桥面系刚度的合理取值范围，为桥面系刚度的取值和设计提供依据，通过桥面系刚度较好地控制铁路大跨度斜拉桥的整体刚度，使铁路大跨度斜拉桥在刚度控制技术上实现突破，解决了该项技术难题，使铁路大跨度斜拉桥得到推广，节省了大量工程投资成本。

Method for controlling rigidity of railway long span cable stayed bridge through bridge deck system

The present invention relates to the technical field of cable-stayed bridge, especially relates to a control deck system of Railway Long Span Cable-Stayed Bridge stiffness method, this method through the establishment of railway long span cable-stayed bridge model and bridge model, the method of dynamic analysis, the stiffness in different vehicle speed on the dynamic characteristics of bridge, the dynamic response of vehicle and bridge dynamic response influence analysis of three aspects of the deck of the cable-stayed bridge, and the vehicle bridge system evaluation index system of evaluation index, affecting the overall stiffness of the bridge with different stiffness values, and get the reasonable range of deck stiffness, provide the basis for for the value and design of deck stiffness, the whole deck stiffness and better control of Railway Long Span Cable-Stayed Bridge stiffness, the railway long span cable-stayed bridge in the process of implementation of stiffness control technology The technical problem of the railway is solved, and the large span cable stayed bridge of the railway is popularized, and a great deal of engineering investment cost is saved.

【技术实现步骤摘要】
一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法
本专利技术涉及斜拉桥
，特别涉及一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法。
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与旅客乘车舒适性的要求。对于大跨度纯铁路斜拉桥，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。桥面系作为承受列车荷载并将其传递至主要承重构件的桥面构造系统，对桥梁的整体刚度具有重要的作用，通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥的刚度，可以使桥梁整体刚度达到行车的安全性和舒适性。桥面系包括纵梁、横梁、钢桥面板，纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度都对桥面系刚度具有直接紧密的联系，桥面系刚度对铁路大跨度斜拉桥的整体刚度具有重要的影响，通过桥面系控制桥梁刚度具有重要意义。
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，提供一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，该方法通过改变桥面系刚度，并分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律，并通过评判指标确定桥面系刚度的设计原则和范围，从而通过桥面系较好地控制铁路大跨度斜拉桥的整体刚度，使铁路大跨度斜拉桥在刚度控制技术上实现突破，解决了该项技术难题，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：一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各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三个方面的影响规律。d、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，确定桥面系刚度的设计原则和范围。车-桥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-桥系统中，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。铁路大跨度斜拉桥作为超静定柔性结构，整体受力复杂，桥梁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，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，铁路大跨度斜拉桥的桥面系刚度对斜拉桥整体刚度具有重要的影响，通过桥面系刚度等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。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桥面系刚度对桥梁整体刚度的影响规律进行分析，并以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，得出在设计铁路大跨度斜拉桥时桥面系相关参数的选取和设计原则，为大跨度铁路斜拉桥的建设提供参考依据，使铁路大跨度斜拉桥的整体刚度得以有效控制，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，所述步骤b具体包括以下步骤：b1、根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值；b2、桥面系包括纵梁、横梁和钢桥面板，通过改变纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，进而得到不同的桥面系刚度；b3、分析在不同桥面系刚度条件下对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值，并以该刚度初始值为基准值，通过改变桥面系中纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来得到多个桥面系刚度值，分析多个桥面系刚度值分别对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应的影响规律，从而得到桥面系对桥梁整体刚度的影响情况，确定桥面系的设计原则和刚度限值范围。优选的，在步骤b2中，改变桥面系刚度时，将桥面系刚度从原设计的50％增至150％，每增加25％为一个工况，共计5个工况。优选的，在步骤c中，调整车辆的行驶速度时，将车辆行驶速度从150km/h增至350km/h，每增加50km/h为一个工况，共计5个工况。将车辆行驶速度设置为该区间范围内，可以覆盖车辆在正常行驶时的全部速度，进而通过该方法得到的刚度参数能满足车辆正常行驶工况。优选的，车辆模型包括多节动车和与动车连接的多节拖车，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。优选的，车辆响应方面包括运行安全性指标和运行平稳性指标，桥梁响应方面包括竖向刚度指标、横向刚度指标和扭转刚度指标。优选的，所述运行安全性指标包括轮重减载率和列车加速度。轮重减载率是用来评价列车脱轨安全度的重要指标，列车加速度也直接关系着车辆的运行安全性，在考虑车辆运行安全性时，轮重减载率和列车加速度是两个重要的安全指标。所述运行平稳性指标包括列车加速度和斯佩林舒适度指标。斯佩林指标是用来判断乘坐舒适性或运行平稳性的重要指标，斯佩林舒适度指标会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对斯佩林舒适度指标进行控制，同时，列车加速度也对乘客乘坐的平稳舒适性有影响。所述斯佩林舒适度指标包括横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标。横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标都会对车辆运行时的总体舒适性产生重要影响，因此，必须对横向斯佩林指标和竖向斯佩林指标进行控制。所述列车加速度包括列车横向加速度和列车纵向加速度，列车横向加速度和列车纵向加速度都直接关系车辆运行的安全性，同时，对旅客乘坐的瞬时舒适性也有较大影响，通过计算斜拉桥的桥面系刚度在变化时对应的斜拉桥整体刚度，列车横向加速度和列车纵向加速度均满足预定值要求，从而通过控制斜拉桥的桥面系刚度来控制斜拉桥整体刚度。优选的，所述竖向刚度指标包括竖向挠跨比、竖向振动基频、梁端竖向折角和桥面竖向加速度。由于综合考虑了桥梁刚度和载荷，因此桥梁的竖向挠跨比作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各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三个方面的影响规律；d、以车‑桥系统评价指标体系为指标进行评判，确定桥面系刚度的设计原则和范围。

【技术特征摘要】
1.一种通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立动力分析模型，包括铁路大跨度斜拉桥模型和车辆模型；b、采用动力分析方法，分析斜拉桥的桥面系刚度在不同数值时对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律；c、调整车辆的行驶速度，分析斜拉桥在不同速度时各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三个方面的影响规律；d、以车-桥系统评价指标体系为指标进行评判，确定桥面系刚度的设计原则和范围。2.根据权利要求1所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，所述步骤b具体包括以下步骤：b1、根据斜拉桥的跨度得出桥面系刚度初始值；b2、桥面系包括纵梁、横梁和钢桥面板，通过改变纵梁尺寸、横梁尺寸和钢桥面板厚度来改变桥面系刚度，进而得到多个不同的桥面系刚度；b3、分析在不同桥面系刚度条件下对桥梁动力特性、车辆动力响应和桥梁动力响应三个方面的影响规律。3.根据权利要求2所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于，在步骤b2中，改变桥面系刚度时，将桥面系刚度从原设计的50%增至150%，每增加25%为一个工况，共计5个工况。4.根据权利要求1-3之一所述的通过桥面系控制铁路大跨度斜拉桥刚度的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈克坚，陈思孝，陈天地，曾永平，袁明，戴胜勇，
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