宋满满

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)

1 工程背景

福州至厦门铁路客运专线(福厦客专)位于福建省沿海地区，线路长度277.948 km。由于位于东南沿海地区，桥梁服役环境恶劣。本次研究对象泉州湾特大桥深水区引桥，在国内铁路桥梁首次采用了3×70 m预应力混凝土整体式刚构桥，如图1所示，与公路桥对孔布置，全桥不设支座[1-3]。

图1 3×70 m整体式刚构立面

2 风-车-桥系统动力模型

2.1 轨道-整体式桥梁有限元模型

本文使用有限元软件ANSYS建立轨道-桥梁有限元模型，进行整体式桥与双块式无砟轨道的模拟。轨道结构的组成除钢轨外，还有道床板、扣件和胶垫等组成。通过在动力学模型中添加参振质量来模拟道床板和轨枕，通过支撑弹簧来模拟轨下结构对钢轨的支撑作用。

整体式桥梁墩梁固结，模型中采用刚性梁单元(MPC 184)连接墩顶与对应主梁节点，主梁采用变截面Beam188梁单元。主梁单元的单元长度划分为0.6 m，通过主梁和轨道节点的一致性来考虑位移的协调。使用弹簧和阻尼连接进行刚臂和钢轨节点的连接。模拟中考虑垫板和扣件对轨道的支承作用，扣件的刚度及阻尼取值参考文献[9]中的取值。采用直接刚度法建立轨道-桥梁子系统动力方程。

表1给出了结构的前5阶振动特性。一阶振型为主梁的主梁对称横弯，二阶振型为结构纵飘，竖弯振型出现在第5阶。

表1 桥梁振动特性(前5阶)

2.2 列车模型

四轴车辆模型主要由1个车体、2个转向架、4个轮对及一二系悬挂组成。假定车体、转向架和轮对、转向架和车体均模拟为刚体，轮对的自由度包含考虑侧滚、横摆、沉浮和摇头。……