王子豪

(广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510507)

1 研究背景

大跨度上承式拱桥的桥上线路相对较高,桥址常常处于风口地段,易受强侧风的影响。因此,可能影响桥上高速列车运行的安全性、舒适性,甚至可能导致列车脱轨、倾覆等严重事故[1]。为确保多风期间桥梁的运营安全,有必要对这类桥在强风下的风-车-桥耦合振动及行车安全性、舒适性进行深入研究。

自20世纪开始,国内外对于列车与桥梁的相互作用便进行过许多研究,以往的研究多是以自编程序为主[2-4],而崔圣爱首次在国内使用商业软件SIMPACK对琼州海峡跨海斜拉桥的车桥耦合振动进行了研究[5],邓朋儒使用SIMPACK分析了列车通过郁江铁路钢桁梁斜拉桥的车桥耦合振动响应[6]。然而,在他们的研究方法中,不能对桥梁施加外部荷载,亦不能对桥梁进行风-车-桥耦合振动研究。

本文通过有限元软件ANSYS与多体动力学软件SIMPACK进行联合仿真,采用弹性体法建立了可施加外荷载的桥梁与轨道的动力学模型,并以SIMPACK中的93号力元(Force Element)实现了在列车与桥梁上施加风荷载,通过MATLAB编写模型文本的方式解决了建模工作复杂烦冗的问题,建立了高速铁路上的大跨度上承式混凝土拱桥的风-车-桥耦合振动模型,计算分析了风荷载作用下,列车通过桥梁时的桥梁响应以及列车响应。

2 桥梁-轨道动力分析模型

本文以高速铁路上的奉节梅溪河特大桥作为算例,该桥为主跨340 m的钢筋混凝土拱桥,拱轴系数为3.2,矢高为74 m,矢跨比为1/4.53,桥面二期恒载按设计值取为120 kN/m,桥梁的阻尼比按2%选取。……