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    一種通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法與流程

    文檔序號:11230818
    一種通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法與流程

    本發明涉及斜拉橋技術領域,特別涉及一種通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法。



    背景技術:

    高速列車通過橋梁時,車輛和橋梁都會發生振動,過大的振動會影響行車安全性及乘坐舒適性,橋梁振動與橋梁剛度具有直接聯系,因此,必須要求橋梁具有一定的豎向剛度和橫向剛度,才能保證列車行車安全與旅客乘車舒適性的要求。對于大跨度純鐵路斜拉橋,可參考的工程實踐很少,全球僅有鐵路斜拉橋6座,均爲普速鐵路斜拉橋,其中,國內僅有跨度爲96m的紅水河橋,國外最大跨度的鐵路斜拉橋爲南斯拉夫薩瓦河橋,其跨度爲254m。通常將300m以上跨度的鐵路斜拉橋稱之爲鐵路大跨度斜拉橋,所以,鐵路大跨度斜拉橋在國際國內均沒有建設經驗,在工程實踐重一直處于空白。相對于公鐵兩用和多線鐵路斜拉橋,雙線鐵路大跨度斜拉橋具有跨度大、橋面窄、體量輕、活載比重大等特點,雖然具有工程投資上的成本優勢,但是由此引起的橋梁動力效應也比較明顯,長期以來,橋梁工程界一直認爲鐵路大跨度斜拉橋屬于柔性結構,難以滿足高標准鐵路的剛度要求,對剛度難以進行有效的控制,因此,修建大跨度鐵路斜拉橋成爲行業內的禁忌,剛度控制問題十分突出,成爲制約行車安全的關鍵。

    目前,在控制普速鐵路斜拉橋剛度時,均采用制定一組橫向剛度或豎向剛度不同、其他參數相同的橋梁結構,計算在不同車速下車-橋動力響應,得到車輛安全性及舒適性等相關參數,觀察剛度變化對這些參數的影響,然後在可行的條件下作進一步分析,根據所研究車輛的指標參數來制定結構剛度相關參數的限值,通過設定多個橋梁結構,再根據設定的橋梁結構對列車行走時的安全性及舒適性指標進行分析,從而針對既定列車來得到橋梁的剛度限值,這種控制斜拉橋剛度的方法無法對橋梁自身結構參數變化時所引起的橋梁剛度變化進行分析,對鐵路大跨度斜拉橋的剛度控制形成了一定的制約。橋梁自身結構參數包括桁高、桁寬、輔助墩和斜拉索等方面的參數,而斜拉索的剛度對橋梁整體剛度的控制具有重要作用,通過斜拉索控制大跨度斜拉橋剛度具有現實和重要的意義。



    技術實現要素:

    本發明的目的在于:在控制鐵路斜拉橋剛度時,現有技術中通常制定一組剛度不同而其他參數相同的橋梁結構,然後得到滿足所研究車輛安全性和舒適性要求的剛度限值,針對這種無法對橋梁自身結構參數變化時所引起的橋梁剛度變化進行分析的問題,提供一種通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法,該方法通過改變斜拉索剛度這一橋梁自身結構參數來分析橋梁剛度變化特性,得到拉索敏感性特性,從而通過斜拉索的剛度來控制鐵路大跨度斜拉橋的整體剛度,使鐵路大跨度斜拉橋在剛度控制技術上實現突破,解決了剛度難以控制的技術難題,使鐵路大跨度斜拉橋得到推廣,節省了大量工程投資成本。

    爲了實現上述發明目的,本發明提供了以下技術方案:

    一種通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法,包括以下步驟:

    a、建立動力分析模型,包括橋梁模型和車輛模型;

    b、采用動力分析方法,分析斜拉橋的拉索剛度在不同數值時對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律;

    c、調整車輛的行駛速度,分析斜拉橋在不同的車輛行駛速度下拉索剛度對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律;

    d、以車-橋系統評價指標體系爲指標進行評判,得到拉索剛度對橋梁整體剛度的敏感性特性。

    車-橋系統是一個耦合體系,橋梁的過大振動不僅使結構疲勞強度降低、線路形狀發生改變,而且還會影響橋上車輛的行車安全性和平穩性。車-橋系統中,車輛和橋梁是兩個相對獨立的子系統,兩者振動特性差異較大。因此,除對車輛的振動特性進行評定外,亦需相應的指標來評判橋梁的振動水平。橋梁結構在列車荷載的作用下將産生豎向和橫向的位移,從而引起支座端部産生轉角,使相鄰範圍內的線路形成不平順曲線,動車及車輛通過該部位時,必然受到激振,影響列車行車的安全性與舒適性。因此,必須要求橋梁具有一定的剛度,才能保證列車行車安全與旅客乘車舒適性的要求。

    鐵路大跨度斜拉橋作爲超靜定柔性結構,整體受力複雜,橋梁結構每一個參數的變化都有可能引起橋梁受力及位移顯著變化,在軌道不平順及外在激勵(如風荷載、地震荷載等)作用下,高速車輛通過橋梁時,車輛和橋梁都會發生振動,過大的振動會影響行車安全性及乘坐舒適度。因此,需對車輛和橋梁的振動程度加以限制,鐵路大跨度斜拉橋的拉索剛度對斜拉橋整體剛度具有重要的影響,通過拉索剛度等指標來評判車輛和橋梁的振動性能,從而使橋梁的剛度得以控制,保證車輛在橋梁上安全行駛。

    本方案通過建立鐵路大跨度斜拉橋模型,對鐵路大跨度斜拉橋的拉索剛度對橋梁整體剛度的影響規律進行分析,並以車-橋系統評價指標體系爲指標進行評判,得出在設計鐵路大跨度斜拉橋時斜拉索相關參數的選取和設計原則,爲大跨度鐵路斜拉橋的建設提供參考依據,使鐵路大跨度斜拉橋的整體剛度得以有效控制,保證橋梁安全和列車的行駛安全,實現鐵路斜拉橋最大跨度的飛躍。

    優選的,步驟b中,具體包括以下步驟:

    b1、根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車載荷得出拉索剛度初始值;

    b2、通過改變拉索面積、彈性模量和長度來改變拉索剛度,進而得到多個不同的拉索剛度值;

    b3、分析在不同拉索剛度值下各拉索剛度對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律。

    根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車載荷得出拉索剛度初始值,並以該剛度初始值爲基准值,通過改變斜拉索面積、拉索彈性模型和長度等參數得到多個拉索剛度值,分析多個拉索剛度值分別對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應的影響規律,從而得到斜拉索對橋梁整體剛度的影響情況,確定拉索相關參數的選取及拉索的設計原則。

    優選的,在步驟b2中,改變拉索剛度時,將拉索剛度從原設計的50%增至150%,每增加25%爲一個工況,共計5個工況。

    優選的,在步驟c中,調整車輛的行駛速度時,將車輛行駛速度從150km/h增至350km/h,每增加50km/h爲一個工況,共計5個工況。將車輛行駛速度設置爲該區間範圍內,可以覆蓋車輛在正常行駛時的全部速度,進而通過該方法得到的剛度參數能滿足車輛正常行駛工況。

    優選的,在步驟d中,所述車-橋系統評價指標體系包括車輛動力評價標准、軌道動力評價標准和橋梁主梁剛度評價標准,斜拉橋的斜拉索剛度變化時得到所對應的斜拉橋整體剛度參數,並將該斜拉橋整體剛度參數與車-橋系統評價指標體系中的參數進行比較,從而確定斜拉索剛度的合理取值範圍,並根據拉索的敏感性特性,確定拉索的設計原則,所述車-橋系統評價指標體系根據實橋、國內外橋梁標准、專家意見確定的。通過拉索的敏感性特性分析,可以確定拉索的設計參數對橋梁整體剛度的影響,從而更好地選擇拉索的相關參數,保證設計的合理性和科學性。

    優選的,所述車輛模型包括多節動車和與動車連接的多節拖車,所述斜拉橋整體剛度參數包括車輛響應和橋梁響應兩個方面,車輛響應方面包括運行安全性指標和運行平穩性指標,橋梁響應方面包括豎向剛度指標、橫向剛度指標和扭轉剛度指標。

    優選的,所述運行安全性指標包括輪重減載率和列車加速度。輪重減載率是用來評價列車脫軌安全度的重要指標,列車加速度也直接關系著車輛的運行安全性,在考慮車輛運行安全性時,輪重減載率和列車加速度是兩個重要的安全指標。

    優選的,所述運行平穩性指標包括列車加速度和斯佩林舒適度指標。斯佩林指標是用來判斷乘坐舒適性或運行平穩性的重要指標,斯佩林舒適度指標會對車輛運行時的總體舒適性産生重要影響,因此,必須對斯佩林舒適度指標進行控制,同時,列車加速度也影響著乘客乘坐的平穩舒適性。

    所述斯佩林舒適度指標包括橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標。橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標都會對車輛運行時的總體舒適性産生重要影響,因此,必須對橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標進行控制。

    所述列車加速度包括列車橫向加速度和列車縱向加速度,列車橫向加速度和列車縱向加速度都直接關系車輛運行的安全性,同時,對旅客乘坐的瞬時舒適性也有較大影響,通過計算斜拉橋的拉索剛度在變化時對應的斜拉橋整體剛度,列車橫向加速度和列車縱向加速度均滿足預定值要求,從而通過控制斜拉橋的拉索剛度來控制斜拉橋整體剛度。

    優選的,所述豎向剛度指標包括豎向撓跨比、豎向振動基頻、梁端豎向折角和橋面豎向加速度。由于綜合考慮了橋梁剛度和載荷,因此橋梁的豎向撓跨比作爲評價豎向剛度的重要尺度是橋梁設計界普遍認可的,橋梁的豎向撓跨比關系著橋梁及列車的安全性能;豎向振動基頻對橋梁的豎向變形及剛度有著密切的關系,同時,在對橋梁動力分析中按《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規範》GB5599-85規定的斯佩林評價指標對乘坐舒適度進行評判時,同樣會使用到豎向振動頻率;同樣,列車以較高速度通過橋梁時,當載荷的激勵頻率等于或接近于橋梁自振頻率的情況下,車-橋系統就可能發生諧振,對于橋上有碴軌道,過大的橋面板振動加速度將使道碴之間失去齧合作用,導致道碴蹦移和破碎粉化、軌枕懸空、線路狀態不良,影響行車安全,而對于橋上無碴軌道,車—橋諧振引起的橋梁跨中往複振動將在無碴軌道上産生附加負彎矩,嚴重情況下有可能超過設計彎矩,影響結構的強度和使用壽命,因此,應對橋面豎向加速度加以限制。

    優選的,所述橫向剛度指標包括橫向撓跨比、橫向振動基頻、梁端橫向折角和橋面橫向加速度。當列車通過橋梁時,車-橋系統不僅産生垂向振動,同時還産生橫向振動,爲保證行車安全和旅客的舒適性,需要對橋梁的橫向撓跨比進行控制;當橋面橫向加速度達到一定數值後,列車很容易脫軌,因此,必須控制橋面的橫向加速度,保證列車行駛安全。

    優選的,所述扭轉剛度指標包括扭轉振動基頻和跨中扭轉角。

    斜拉橋整體剛度參數包括車輛響應和橋梁響應兩方面的參數,在對拉索進行敏感性特性分析時,具體包括以下內容:

    根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車荷載得出斜拉索剛度初始值,再以斜拉索剛度初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍計算車-橋動力響應方面的剛度參數。

    1、車輛響應:

    a、計算斯佩林舒適度指標,以斜拉索剛度初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內的斯佩林舒適度指標;

    b、計算列車加速度數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內不同車速下對應的橫向加速度最大值和豎向加速度最大值,並列出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖;

    c、計算輪重減載率數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內不同車速下對應的輪重減載率最大值,並列出輪重減載率最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖。

    2、橋梁響應:

    a、計算振動基頻的數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內的橫向基頻數值、豎向基頻數值和扭轉基頻數值,並將三者數值與對應的斜拉索剛度數值繪入直角坐標,得到基頻隨斜拉索剛度的變化關系圖;

    b、計算撓跨比,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,測得該範圍內不同車速下對應的跨中橫向位移最大值和跨中豎向位移最大值,並列出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,根據位移最大值和橋梁跨度,計算橋梁撓跨比;

    c、計算扭轉角數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內不同車速下對應的跨中扭轉角最大值,並列出最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖;

    d、計算折角數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內不同車速下對應的梁端橫向折角最大值和梁端豎向折角最大值,並列出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖;

    e、計算橋面加速度數值,以斜拉索剛度的初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,計算該範圍內不同車速下對應的跨中橫向加速度最大值和跨中豎向加速度最大值,並列出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖。

    與現有技術相比,本發明的有益效果:

    1、通過分析斜拉橋的橋面系剛度在不同數值時對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應,達到對橋梁自身結構參數的改變所引起的橋梁剛度變化情況進行分析的目的,從而實現從橋梁自身結構參數的改變來控制鐵路大跨度斜拉橋的整體剛度,使鐵路大跨度斜拉橋更容易滿足高標准鐵路的剛度要求,便于鐵路大跨度斜拉橋的推廣應用;

    2、通過改變斜拉橋的斜拉索剛度,得到斜拉橋整體剛度參數,並將得到的斜拉橋整體剛度參數與車-橋系統評價指標體系中的參數進行比較,判斷斜拉橋的剛度是否滿足指標體系中的指標值,進而得到斜拉橋的斜拉索剛度的合理取值範圍,便于用來衡量車輛在鐵路大跨度斜拉橋上行走時的安全性和乘客的舒適性;

    3、通過拉索剛度對橋梁整體剛度的敏感性分析,得到拉索相關參數的選擇對橋梁整體剛度的影響規律,進而確定拉索的參數和設計原則,避免出現單純增加斜拉索剛度而導致浪費材料、增加工程投資的問題,使鐵路大跨度斜拉橋在滿足列車行走時的安全性和乘客的舒適性的情況下,最大限度節約建築材料消耗,降低工程投資成本;

    4、根據不同的斜拉索剛度得出的斜拉橋整體剛度參數,並將這些剛度參數與車-橋系統評價指標體系中的參數進行比較,可以快速、准確得出的鐵路大跨度斜拉橋的斜拉索剛度是否滿足使用性能要求;

    5、通過本方法建成的國內某座大跨度鐵路長江大橋,已順利通車,列車在橋上運行安全、平穩,旅客乘坐舒適,使用性能良好,同時,該方法已成功推廣應用于國內其他鐵路大跨度斜拉橋的建設中,解決了技術難題,使鐵路大跨度斜拉橋得到較好的發展,節省了巨額的工程投資成本。

    附圖說明:

    圖1爲動車橫向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖2爲拖車橫向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖3爲動車豎向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖4爲拖車豎向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖5爲動車輪重減載率隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖6爲拖車輪重減載率隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖7爲橋梁基頻隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖8爲跨中橫向位移隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖9爲跨中豎向位移隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖10爲跨中扭轉角隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖11爲梁端橫向折角隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖12爲梁端豎向折角隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖13爲跨中橫向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    圖14爲跨中豎向加速度隨拉索相對剛度變化關系圖。

    具體實施方式

    下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解爲本發明上述主題的範圍僅限于以下的實施例,凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的範圍。

    實施例

    本實施例應用于控制國內某座跨度爲432m的鐵路大跨度斜拉橋的剛度。

    通過斜拉索控制鐵路大跨度斜拉橋剛度的方法,建立動力分析模型,包括鐵路大跨度斜拉橋模型和車輛模型,采用車—橋耦合振動模型,以輪軌接觸面爲界將車—橋系統分解爲獨立的車輛及橋梁子系統,采用橋梁結構科研分析軟件BANSYS進行分析,在分析時,從車輛響應和橋梁響應進行分析,車輛模型爲CRH2列車,列車編組爲2×(列車+拖車+列車+列車+列車+列車+拖車+列車),共16節,動車和拖車交叉布置。

    橋梁模型選用主橋跨度爲(81+135+432+135+81)=864m的鐵路大跨度斜拉橋,主梁采用平弦等高度連續鋼桁梁,主塔爲變截面花瓶形混凝土橋塔,塔高分別爲180m和185m,塔柱采用箱型截面,邊跨均設有輔助墩,下層橋面均爲正交異性鋼橋面板,拉索采用平行高強度鋼絲索,主梁采用雙片桁式結構。主桁桁高14m,主桁桁式采用外形簡潔的‘N’形桁,桁寬18m,節間距采用13.5m,上、下弦杆采用箱形截面。

    拉索采用扇形雙索面布置形式,全橋設置112根斜拉索,沿主梁順橋向索距爲13.5m,塔上索距爲2.5~4.0m,分PES7-211、PES7-223、PES7-253、PES7-283、PES7-301等5種型號。在進行分析時,通過改變斜拉索的面積、彈性模量及長度進行拉索剛度調整。

    建模時,橋塔各構件均采用空間梁單元,對于變截面的塔柱,采用單元中央截面的幾何特性,索塔采用C50混凝土,其彈性模量取值爲3.55×104MPa,泊松比采用0.2,材料密度爲2600kg/m3;主梁桁架各杆件采用空間梁單元,其材料爲鋼材,彈性模量取2.10×105MPa,泊松比采用0.3,材料密度爲7850×(1+25%)=9812.5kg/m3,橋面系和橫梁的材料密度爲7850×(1+8%)=8478kg/m3;斜拉索采用杆單元進行模擬,彈性模量取2.05×105MPa,泊松比采用0.3,材料密度爲8650kg/m3

    采用動力分析方法,分析斜拉橋的拉索剛度在不同數值時對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律。具體應用有限元分析方法進行分析,分析軟件采用國際通用的有限元分析軟件ANSYS以及自主研究開發的橋梁科研分析軟件BANSYS(Bridge Analysis System),分組獨立地對前述所建模型的動力特性進行了計算分析。

    采用上述分析方法,分析斜拉橋的拉索剛度在不同數值時對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律。

    調整車輛的行駛速度,分析斜拉橋在不同速度時各拉索剛度對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律。在選取不同的斜拉橋拉索剛度和車輛的行駛速度的過程中,不分先後順序,也可以同時進行,每個拉索剛度值在多種車輛行駛速度下都進行分析,然後繪制表格或圖形,得到對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律。

    以車-橋系統評價指標體系爲指標進行評判,得到拉索剛度對橋梁整體剛度的敏感性特性,車-橋系統評價指標體系包括車輛動力評價標准、軌道動力評價標准和橋梁主梁剛度評價標准,具體評價指標如表1。

    表1車-橋系統評價指標體系

    車輛動力響應方面的指標包括脫軌系數、輪重減載率的最大值、輪軸橫向力、車輛加速度的最大值等,橋梁動力響應指標包括橋梁主跨跨中位移的最大值、扭轉角的最大值、梁端折角的最大值和主跨跨中橋梁加速度的最大值等方面的指標。

    而且隨著列車運行速度的提高,輪軌之間的相互作用隨之增加,過大的輪軌作用力(垂向、橫向)會使鋼軌、扣件、軌枕(軌道板)等部件産生損傷、破壞,而且可能會導致軌道不平順的急劇增大,影響線路養護維修工作,嚴重時還將危及行車安全。因此,也需要對輪軌間動力作用加以限制,通過改變車輛行駛速度得出橋梁結構參數變化時得到的橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應方面的變化情況,從而得到斜拉橋結構參數對斜拉橋剛度的影響情況。

    鐵路大跨度斜拉橋的剛度包括豎向剛度、橫向剛度和扭曲剛度,橋梁豎向剛度對應橋梁豎向變形,橋梁橫向剛度對應橫向變形,扭曲剛度對應扭轉變形。

    豎向剛度包括豎向撓跨比的限值、高跨比的限值和豎向振動基頻,橫向剛度包括橫向撓跨比的限值、寬跨比的限值和橫向振動基頻。

    橋梁豎向變形及豎向剛度,橋梁豎向剛度過小可能導致以下的問題:①橋面坡度過大導致橋上線路坡度超限;②列車過橋時振動過大而使司機、乘客感到不舒適甚至造成列車脫軌;③因橋梁與橋台間或橋梁與橋梁間形成過大的折角而危及行車安全;④因橋梁剛度過小而引起過大次應力;⑤因動應力過大而引起過大沖擊及疲勞。必須對橋梁豎向剛度做比較嚴格的要求。

    橋梁豎向撓跨比不僅與橋梁本身的剛度有關,而且也和橋梁上的荷載密切相關。由于綜合考慮了橋梁剛度及荷載,因此豎向撓跨比作爲評價豎向剛度的尺度之一爲各類規範廣泛采用。各類規範對豎向撓跨比的規定在橋梁設計中發揮了重要作用,並得到了長期的實踐檢驗。但是,對于大跨度橋梁,特別是大跨度鐵路斜拉橋則不盡合理。這是因爲這些規定大都是建立在對于中小跨度橋梁的動力分析與試驗基礎上,故對大跨度橋梁豎向撓跨比不該用規範中對一般橋梁的規定來約束,而是應該有適當的放寬。

    橋梁高跨比,豎向剛度與主梁高跨比有一定的關系,但主梁高跨比與梁高都相同的斜拉橋由于拉索的稀密、強弱及傾斜角度有所不同,其豎向剛度也不同。亦即主梁高跨比只能影響斜拉橋豎向剛度的一部分而不是全部,但作爲橋梁豎向剛度的重要影響因素,在鐵路大跨度斜拉橋建造中予以充分考慮。

    除了橋梁的撓度以外,相鄰墩台間的相對位移將導致橋上線路産生折角,影響橋梁豎向變形和豎向剛度的折角爲梁端豎向折角,關于梁端折角的規定多數僅適用于高速鐵路,對于中低速鐵路,我國規範對梁端折角無相應的規定。對梁端折角進行限制的目的是保證列車走行的安全性和軌道結構的穩定性,由于城市軌道交通橋梁設計運行速度較低,梁端折角的控制標准較中速或高速鐵路標准應有所放松,綜合考慮列車走行的安全性和軌道結構的穩定性,將雙側豎向梁端折角限值取爲9‰,單側(橋台與主梁之間)限值近似取爲4.5‰。

    列車以較高速度通過中小跨度橋梁時,當荷載的激勵頻率等于或接近于橋梁自振頻率的情況下,車-橋系統就可能産生諧振。對于橋上有碴軌道,過大的橋面板振動加速度將使道碴之間失去齧合作用,導致道碴蹦移和破碎粉化、軌枕懸空、線路狀態不良,影響行車安全。對于橋上無碴軌道,車-橋諧振引起的橋梁跨中往複振動將在無碴軌道上産生附加負彎矩,嚴重情況下有可能超過設計彎矩,影響結構的強度和使用壽命。因此,應對橋梁的振動加速度加以限制,因此必須對橋面豎向加速度進行限制,取橋梁橋面板的垂向加速度極限值爲:

    有碴軌道橋梁:avmax=0.35g;

    明橋面橋梁:avmax=0.50g;

    將橋面豎向加速度限值取爲3.5m/s2作爲優選。

    橋梁橫向變形及橫向剛度,有些橋梁在列車高速通過時,橫向晃動較大,引起司機、旅客和橋上行人的不舒適和不安全感,影響橋梁的正常使用,因此,必須控制橋梁橫向剛度,雖然橋梁橫向剛度所蘊含的機理比較複雜,但最主要的就是要保證橫向運行穩定性和控制動態響應。評價橋梁橫向剛度的指標有橫向撓跨比、寬跨比、橫向自振頻率、橫向振幅及梁端折角等。

    對于橋梁橫向撓跨比(或最大振幅)的限值,當列車通過橋梁時,車-橋系統不僅産生垂向振動,同時還産生橫向振動。與豎向撓跨比相同,對于大跨度橋梁,特別是屬于柔性結構的斜拉橋或懸索橋,橫向撓跨比的最大限值不該用對一般橋梁的規定來進行約束,而是也應有適當的放寬,即容許最大橫向撓跨比應有所增大。采取一般橋梁的規定來進行約束,勢必造成材料的巨大浪費。橋梁橫向振幅是列車運行荷載作用下,橋梁結構的幾何特性、物理特性以及動力特性的在橋梁橫向剛度上的綜合反映。爲保證行車安全和旅客的舒適性,有必要對橋梁橫向振幅加以限制。

    主梁寬跨比作爲橫向剛度的參考之一,主梁寬跨比爲單一的幾何指標,難以反映一些因素如橋梁的高低、結構型式的不同、截面型式的差異以及節點支座的約束方程。因此可以說斜拉橋的主梁寬跨比也不能全部代表橋梁的橫向剛度。

    梁端橫向折角,由于城市軌道交通橋梁設計運行速度較低,梁端折角的控制標准較中速或高速鐵路標准應有所放松,考慮列車走行的安全性和軌道結構的穩定性,雙側水平梁端折角限值取爲6‰,單側(橋台與主梁之間)限值近似取爲3‰。

    橋面橫向加速度,當橋梁的橫向振動加速度達到0.1g~0.2g時,列車容易脫軌,因此不應超過此範圍,當列車通過時,橋跨結構在荷載平面的橫向振動加速度應滿足:ahmax≤0.14g。將橋面豎向加速度限值取用1.4m/s2作爲優選。

    橋梁扭曲剛度,大跨度橋梁在偏載作用下主梁可能發生較明顯的扭轉變形,過大的扭轉變形會對橋上行車帶來不利影響。大跨度橋梁典型的扭轉變形從塔梁結合處到跨中逐漸增大。對于某一段主梁而言,其扭轉總變形包括梁段整體扭轉變形和局部扭曲變形。扭轉變形采用3m長梁段的局部扭曲和扭轉總變形兩個評價指標,該範圍爲:當v≤120km/h時,取t≤4.5mm/3m;當120<v≤200km/h時,取t≤3.0mm/3m;當v>200km/h時,取t≤1.5mm/3m。速度v>200km/h時,需要進行附加檢算,考慮動力系數的實際運營荷載計算的扭曲變形t≤1.5mm/3m。由于對于大跨度橋梁而言,梁段局部扭曲一般不會超過規範規定的限值,但偏載作用下跨中附近主梁的扭轉角(整體扭轉+局部扭曲)可能較明顯,從而導致兩軌面高差較大,這對軌道車輛的行車安全非常不利,主梁的扭轉變形應同時采用3m長梁段的局部扭曲和扭轉總變形兩個評價指標進行評判。

    常用的結構剛度分析方法采用直接改變橋梁幾何參數和改變設計撓跨比的分析方法,針對目前較多的中小跨度橋梁剛度控制,截面的橫向剛度一般都比保證行車安全性與舒適性所要求的剛度大得多。在確定橋梁剛度對于車-橋動力響應的影響時,制定一組橫向或豎向剛度不同、其他參數相同的橋梁結構,計算在不同車速下車-橋動力響應,繪制車輛安全性及舒適性等相關參數(如Sperling指數、車輛橫向和豎向加速度、輪重減載率等)曲線,觀察剛度變化對這些參數的影響。在可行的條件下可進一步分析,根據所研究車輛評價指標制定結構剛度相關參數的限值。

    本實施例中,通過傳統的計算分析方法得到只適用于中小跨度橋梁的剛度範圍,再分析斜拉橋的拉索剛度在不同數值時對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應三個方面的影響規律,對斜拉橋拉索剛度的敏感性進行分析,通過車-橋系統評價指標體系爲指標進行評判,從而得到適用于鐵路大跨度斜拉橋的拉索剛度設計原則和範圍,使鐵路大跨度斜拉橋的剛度數值在範圍內,從而實現鐵路大跨度斜拉橋的剛度控制,車-橋系統評價指標體系根據實橋、國內外橋梁標准、專家意見確定的。

    根據斜拉橋的跨度得出橋面系剛度初始值,並以該剛度初始值爲基准值,通過改變橋面系中縱梁尺寸、橫梁尺寸和鋼橋面板厚度來得到多個橋面系剛度值,分析多個橋面系剛度值分別對橋梁動力特性、車輛動力響應和橋梁動力響應的影響規律,從而得到橋面系對橋梁整體剛度的影響情況,確定橋面系的設計原則和剛度限值範圍。

    根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車荷載得出斜拉橋的斜拉索剛度的初始值,分別計算該斜拉橋的斜拉索剛度在不同數值下的橋梁剛度參數,在以斜拉索剛度的初始值爲基准,選取初始值兩端的數值進行橋梁剛度參數進行計算時,保持斜拉橋的其余結構參數不變,包括保持斜拉橋主梁桁寬和桁高不變,保持設置道砟板或不設置道砟板的相同條件,同時橋面系結構和參數也保持不變。

    在本實施例中,根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車荷載,得到該斜拉橋的斜拉索剛度的初始值,斜拉橋的斜拉索剛度的初始值根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車荷載計算得到,該計算公式爲橋梁工程設計領域內的公知常識,在此不再累述。斜拉索的剛度取決于斜拉索的面積、彈性模量及長度。在跨徑和斜拉索索距給定的情況下,長度取決于塔高,其影響反映到塔高的變化上。彈性模量主要受其初始應力的影響,而初始應力在恒載、斜拉索的傾角一定的情況下,主要取決于斜拉索的面積,所以,斜拉索面積的變化可以反映其剛度的變化。在本實施例中,通過改變斜拉索的面積、彈性模量和長度來改變斜拉索的剛度,以斜拉橋的斜拉索剛度參數的初始值的100%爲基准,將斜拉索剛度參數從初始值得50%增至150%,每增加25%爲一個工況,即將斜拉索剛度的系數分別確定爲0.5、0.75、1.0、1.25、1.5,共計5個工況,在以這5個工況爲分析對象進行計算時,其他參數保持不變。

    以斜拉索剛度的初始值1.0爲基准,並選擇斜拉索剛度基准值兩端的數值,計算斜拉索剛度變化時對應的斜拉橋整體剛度參數,並將所述斜拉橋整體剛度參數與預定值進行比較,判斷斜拉橋的剛度是否滿足需求,進而得到斜拉索剛度的合理取值範圍,所述預定值爲根據實橋、國內外橋梁標准、專家意見確定的。

    斜拉橋整體剛度參數包括車輛響應和橋梁響應兩個方面,車輛響應方面包括運行安全性指標和運行平穩性指標,橋梁響應方面包括豎向剛度指標、橫向剛度指標和扭轉剛度指標。

    運行安全性指標包括輪重減載率和列車加速度,輪重減載率是用來評價列車脫軌安全度的重要指標,列車加速度也直接關系著車輛的運行安全性,在考慮車輛運行安全性時,輪重減載率和列車加速度是兩個重要的安全指標,運行平穩性指標包括列車加速度和斯佩林舒適度指標。斯佩林指標是用來判斷乘坐舒適性或運行平穩性的重要指標,斯佩林舒適度指標會對車輛運行時的總體舒適性産生重要影響,因此,必須對斯佩林舒適度指標進行控制,同時,列車加速度也關乎著乘客乘坐的平穩舒適性。

    斜拉橋整體剛度參數包括車輛響應和橋梁響應兩方面的參數,在對拉索進行敏感性特性分析時,具體包括以下內容:

    根據斜拉橋的跨度、主梁結構和列車荷載得出斜拉索剛度初始值,再以斜拉索剛度初始值爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍計算車-橋動力響應方面的剛度參數。

    1、車輛響應:

    a、計算列車加速度數值,根據列車運行的速度、橫向最大位移和豎向最大位移,本領域技術人員可以計算出列車的橫向加速度最大值和豎向加速度最大值。

    將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,根據測得的位移,計算該範圍內不同車速下對應的動車及拖車橫向加速度最大值和豎向加速度最大值,並得出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖1和圖2所示,圖1爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的動車橫向加速度最大值,圖2爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的拖車橫向加速度最大值。

    同樣地,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,根據測得的位移,計算該範圍內不同車速下對應的動車及拖車豎向加速度最大值,並得出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖3和圖4所示,圖3爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的動車豎向加速度最大值,圖4爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的拖車豎向加速度最大值。

    與預定值進行比較,加速度的預定值爲根據國內多個規範得到的參考值,橫向加速度最大值小于0.14g(g爲重力加速度),豎向加速度最大值在有砟橋面爲小于0.35g(g爲重力加速度),在無砟橋面爲小于0.5g(g爲重力加速度)。從圖1-圖4的數據可以看出,斜拉橋的整體剛度參數在斜拉索剛度的0.5-1.5之間均滿足預定值,繼續計算斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的加速度最大值,得出滿足加速度最大值要求的斜拉索剛度合理取值範圍,當根據斜拉索剛度計算得出的加速度在相應的預定值端點時,該斜拉橋斜拉索剛度值爲合理取值範圍的端點值。

    並且,從圖1和圖2看出動車及拖車橫向加速度隨車速的增大而增大,而與拉索剛度關系不大,而與拉索相對剛度關系不大,在設計拉索時,增大拉索的相對剛度來減小列車橫向加速度時沒有意義的;從圖3和圖4看出動車及拖車豎向加速度整體上隨車速的增大而增大,隨拉索相對剛度的增大而減小,當車速爲200km/h時加速度最小,在設計大跨度斜拉橋時,可以通過增加拉索相對剛度來降低列車的豎向加速度。

    b、計算輪重減載率數值。

    輪重減載率定義爲△P/P,式中△P爲減載側車輪的輪重減載量,P爲減載和增載側車輪的平均靜輪重。

    保持斜拉索剛度的取值範圍不變,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,計算該範圍內不同車速下對應的動車輪重減載率最大值,並得出動車輪重減載率最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖5所示,圖5爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的動車輪重減載率最大值。

    同樣地,保持斜拉索剛度的取值範圍不變,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,計算該範圍內不同車速下對應的拖車輪重減載率最大值,並得出拖車輪重減載率最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖6所示,圖6爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的拖車輪重減載率最大值。

    與預定值比較得出,輪重減載率的預定值爲根據《鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標准TB/T2360-93》及《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規範GB5599-85》,並參考曆次提速試驗所采用的評判標准得出的參考值,輪重減載率的最大值爲小于0.6。從圖5和圖6的數據可以看出,斜拉橋的整體剛度在斜拉索剛度的0.5-1.5之間均滿足預定值,繼續計算斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的輪重減載率最大值,得出滿足輪重減載率最大值的斜拉索剛度合理取值範圍,根據斜拉索剛度計算得出的輪重減載率在相應的預定值端點時,該斜拉橋斜拉索剛度值爲合理取值範圍的端點值,但從圖5和圖6可以得出:輪載減載率隨車速的增大而增大,而與斜拉索剛度變化關系不大。

    c、計算斯佩林舒適度指標,斯佩林舒適度指標包括橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標,斯佩林指標是用來判斷乘坐舒適性或運行平穩性的重要指標,橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標都會對車輛運行時的總體舒適性産生重要影響,因此,必須對斯佩林舒適度指標進行控制。

    橋梁的斯佩林舒適度指標計算公式爲:

    式中,W爲斯佩林舒適度指標,A爲振動加速度,f爲振動基頻,F(f)爲基頻修正系數。

    與預定值比較得出,斯佩林舒適度指標的預定值爲橋梁領域通用參考值,W≤2.5時,舒適度爲優,根據上述公式計算斜拉索剛度在0.5-1.5之間的橫向斯佩林指標和豎向斯佩林指標,判定是否滿足通用參考值要求,並且計算出滿足參考值的斜拉索剛度合理取值範圍,確定斜拉橋斜拉索剛度的合理取值範圍,當計算出的W值恰好爲2.5時,此時的斜拉索剛度值爲端點值。

    3、橋梁響應:

    a、計算振動基頻的數值,振動基頻包括豎向振動基頻、橫向振動基頻和扭轉振動基頻。豎向振動基頻對橋梁的豎向變形及剛度有著密切的關系,同時,在對橋梁動力分析中按《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規範》GB5599-85規定的斯佩林評價指標對乘坐舒適度進行評判時,同樣會使用到豎向振動頻率,所以,在控制大跨度斜拉橋的剛度時,必須控制好豎向振動基頻;橫向振動基頻往往用于檢驗梁的橫向剛度,在鐵路大跨度斜拉橋的橫向變形和剛度控制中,必須對橋梁橫向振動基頻進行嚴格控制,從而保證橋梁具有較高的安全性,使列車安全通行,防止脫軌。

    橋梁的振動基頻計算公式爲:

    me=G/g;

    式中,l爲斜拉橋跨度,E爲結構材料的彈性模量,Ie爲結構跨中截面的截面慣性矩,me爲結構跨中處的單位長度質量,G爲結構跨中處延米結構重力,g爲重力加速度。

    以斜拉索剛度的初始值1.0爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,在此將斜拉索剛度範圍擇取爲0.5到1.5,通過振動基頻計算公式計算該範圍內的橫向基頻數值、豎向基頻數值和扭轉基頻數值,並將三者數值與對應的斜拉索剛度數值繪制圖形,得到橋梁基頻隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖7所示。

    將得到的振動基頻數值與預定值進行比較,振動基頻的預定值爲根據國內外實橋、《公路橋梁抗風設計規範》及專家學者經驗所得到的參考值,橫向振動基頻爲0.2-0.4,豎向振動基頻爲0.3-0.45,扭轉振動基頻爲1-1.2。從圖7的數據可以看出,斜拉橋在0.5-1.5之間均滿足預定值,繼續計算斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的振動基頻,得到滿足振動基頻預定值的斜拉索剛度合理取值範圍,當根據斜拉索剛度計算得出的振動基頻在相應的預定值端點時,該斜拉橋斜拉索剛度值爲合理取值範圍的端點值。

    與此同時,從圖7中還得出,橋梁基頻仍以橫向、豎向、扭轉的順序出現。隨著斜拉索強度增加,豎向基率和扭轉基頻都有所增加,其中豎向基頻增大較爲明顯,說明加大斜拉索剛度可提高橋梁豎向剛度。從橫向基頻數值變化情況可以看出,斜拉索強度的變化對橫向基頻幾乎無影響,這是由于斜拉索與主桁面平行,拉索強度的變化僅對橋梁豎向及縱向有影響,橫向影響甚小。

    b、計算撓跨比,撓跨比包括豎向撓跨比和橫向撓跨比,由于綜合考慮了橋梁剛度和載荷,因此橋梁的豎向撓跨比作爲評價豎向剛度的重要尺度是橋梁設計界普遍認可的,橋梁的豎向撓跨比關系著橋梁及列車的安全性能,同時,當列車通過橋梁時,車-橋系統不僅産生垂向振動,同時還産生橫向振動,爲保證行車安全和旅客的舒適性,需要對橋梁的豎向撓跨比和橫向撓跨比進行控制。

    根據測得的位移數值,計算出橋梁的豎向撓跨比和橫向撓跨比,以斜拉索剛度的初始值1.0爲基准,上下擇取初始值兩端的數值爲範圍,在此將斜拉索剛度範圍擇取爲從0.5到1.5,計算該範圍內不同車速下對應的跨中橫向位移最大值和跨中豎向位移最大值,並得出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖8和圖9所示,圖8爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的跨中橫向位移最大值,圖9爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的跨中豎向位移最大值。

    根據橋梁的跨度、跨中橫向位移最大值和跨中豎向位移最大值,計算出橋梁的豎向撓跨比和橫向撓跨比,並將其與對應撓跨比預定值進行比較,橋梁的撓跨比預定值爲根據實橋、行業規範、專家意見及試算得到的參考值,豎向撓跨比預定值爲1/500-1/800,橫向撓跨比與風速有較大關系,可行車風速時的橫向撓跨比預定值爲小于1/4000,設計風速時的橫向撓跨比預定值爲1/1000-1/2000。

    從圖8和圖9得出,橋梁跨中橫向位移整體隨斜拉索剛度的增大而增大,跨中豎向位移整體隨斜拉索剛度的增大而明顯減小,說明增大斜拉索剛度有利于抑制豎向位移,提高豎向剛度。剛度愈大時跨中豎向位移對車速愈不敏感,這是因爲隨斜拉索剛度增大,其應力下降,由于受非線性影響,斜拉索有效剛度明顯折減,故不能單純依靠增加斜拉索剛度來提高斜拉橋的豎向剛度。

    c、測得扭轉角數值,保持斜拉索剛度的取值範圍不變,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,測得該範圍內不同車速下對應的跨中扭轉角最大值,並得出最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖10所示,圖10爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的跨中扭轉角最大值。

    與預定值進行比較,跨中扭轉角預定值爲根據行業規範、專家意見及經驗確定的參考值,跨中扭轉角最大值的預定值爲≤1‰,從圖10中得到,跨中扭轉角隨著斜拉索剛度的增大而呈明顯較小趨勢,說明提高斜拉索剛度對抑制桁梁扭轉有顯著作用,跨中扭轉角最大值均滿足預定值,繼續測得斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的跨中扭轉角最大值,將跨中扭轉角最大值均滿足預定值的斜拉索剛度確定爲合理取值範圍,根據斜拉索剛度測得的跨中扭轉角在相應的跨中扭轉角預定值的端點值時,此時的斜拉橋斜拉索剛度數值爲合理取值範圍的端點值。

    d、測得梁端折角數值,保持斜拉索剛度的取值範圍不變,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,測得該範圍內不同車速下對應的梁端橫向折角最大值和梁端豎向折角最大值,並得出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖11和圖12所示,圖11爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的梁端橫向折角最大值,圖12爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的梁端豎向折角最大值。

    將得到的梁端折角與預定值進行比較,梁端折角的預定值爲根據行業規範、專家意見及經驗確定的參考值,梁端豎向折角的預定值爲≤2‰,梁端橫向折角的預定值爲≤3‰,從圖11和圖12看出,梁端豎向折角隨斜拉索剛度的增大而增大,增大趨勢不明顯;當車速爲150km/h時,梁端橫向折角隨斜拉索剛度的增大而漸減,且減小趨勢在剛度增加後期更爲明顯;當車速爲350km/h時,梁端橫向折角隨斜拉索剛度的增大而漸增,且增大趨勢在剛度增加後期更爲明顯;當車速爲150km/h-350km/h之間時,其受斜拉索剛度變化的影響不明顯,說明拉索剛度對于車速有相當的敏感性,梁端折角最大值均滿足預定值,繼續測得斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的梁端折角最大值,將梁端折角最大值均滿足預定值的斜拉索剛度確定爲合理取值範圍,根據斜拉索剛度測得的梁端折角在相應的梁端折角預定值的端點值時,此時的斜拉橋斜拉索剛度數值爲合理取值範圍的端點值。

    e、計算橋面加速度數值,橋梁方面的加速度包括橋面橫向加速度和橋面豎向加速度。當橋面橫向加速度達到一定數值後,列車很容易脫軌,因此,必須控制橋面的橫向加速度,保證列車行駛安全;同樣,列車以較高速度通過橋梁時,當載荷的激勵頻率等于或接近于橋梁自振頻率的情況下,車-橋系統就可能發生諧振,對于橋上有碴軌道,過大的橋面板振動加速度將使道碴之間失去齧合作用,導致道碴蹦移和破碎粉化、軌枕懸空、線路狀態不良,影響行車安全,而對于橋上無碴軌道,車—橋諧振引起的橋梁跨中往複振動將在無碴軌道上産生附加負彎矩,嚴重情況下有可能超過設計彎矩,影響結構的強度和使用壽命。因此,應對橋面豎向加速度加以限制。

    保持斜拉索剛度的取值範圍不變,將斜拉索剛度從0.5調整到1.5,根據測得的位移,計算該範圍內不同車速下對應的橫向加速度最大值和豎向加速度最大值,並得出各項最大值隨斜拉索剛度的變化關系圖,如圖13和圖14所示,圖13爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的跨中橫向加速度最大值,圖14爲斜拉索剛度從0.5調整到1.5時不同車速下對應的跨中豎向加速度最大值。

    與預定值比較得出,加速度的預定值爲根據國內多個規範得到的參考值,橫向加速度最大值小于0.14g(g爲重力加速度),豎向加速度最大值在有砟橋面爲小于0.35g(g爲重力加速度),在無砟橋面爲小于0.5g(g爲重力加速度)。從圖13和圖14的數據可以看出,斜拉橋在0.5-1.5之間的跨中橫向加速度最大值和跨中豎向加速度最大值均滿足預定值,繼續計算斜拉索剛度在小于0.5和大于1.5的範圍內的加速度最大值,將跨中加速度最大值均滿足預定值的斜拉索剛度確定爲合理取值範圍,根據斜拉索剛度計算得出的加速度在相應的預定值端點時,該斜拉橋斜拉索剛度值爲合理取值範圍的端點值,從圖13和圖14的數據還可以看出,跨中橫向加速度對斜拉索剛度較不敏感,而跨中豎向加速度隨斜拉索剛度的增加而逐漸減小,且當車速較高時,減小趨勢更爲明顯。

    本實施例通過改變斜拉索的面積來改變斜拉索的剛度,當然,也可以通過改變斜拉索的其他要素來改變斜拉索的剛度,通過計算該斜拉橋的斜拉索剛度在不同數值時的斜拉橋整體剛度參數,達到對橋梁自身結構參數的改變所引起的橋梁剛度變化情況進行分析的目的,從而實現從橋梁自身結構參數的改變來控制鐵路大跨度斜拉橋的整體剛度,使鐵路大跨度斜拉橋更容易滿足高標准鐵路的剛度要求,便于鐵路大跨度斜拉橋的推廣應用。

    同時,通過計算該斜拉橋的斜拉索剛度在不同數值時的斜拉橋整體剛度參數,並將得到的整體剛度參數與預定值比較,判斷斜拉橋的剛度是否滿足預定值,進而得到斜拉橋的斜拉索剛度的合理取值範圍,從而用來衡量車輛在鐵路大跨度斜拉橋上行走時的安全性和乘客的舒適性,也可以快速、准確得出的鐵路大跨度斜拉橋的斜拉索剛度是否滿足使用性能要求的結論。同時,通過計算該斜拉橋在滿足斜拉橋剛度參數要求的情況下的最優斜拉索剛度,從而避免出現一味增加剛度而導致浪費材料的問題,使鐵路大跨度斜拉橋在滿足列車行走時的安全性和乘客的舒適性的情況下,最大限度節約建築材料消耗,降低工程投資成本。

    本實施例以跨度爲432m的鐵路大跨度斜拉橋爲模型,通過本方法建成的國內某座大跨度鐵路長江大橋,已順利通車,列車在橋上運行安全、平穩,旅客乘坐舒適,使用性能良好,同時,該方法已成功推廣應用于國內其他鐵路大跨度斜拉橋的設計中,解決了技術難題,使鐵路大跨度斜拉橋得到較好的發展,節省了巨額的工程投資成本。

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