鐵路部分斜拉橋動力特性及顫振穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著交通事業(yè)的發(fā)展，PC部分斜拉橋較普通斜拉橋因其施工方便、外形美觀、經(jīng)濟合理的特點，在我國公路、城市橋梁的建設(shè)中得到了快速應(yīng)用，但由于鐵路對橋梁結(jié)構(gòu)剛度的特殊要求，所以現(xiàn)已建成的鐵路PC部分斜拉橋為數(shù)不多。通過對僅有的幾座鐵路部分斜拉橋的特點進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其共同點為剛度大、活載所占比例大，并且通過資料發(fā)現(xiàn)，在大跨度鐵路PC部分斜拉橋抗風(fēng)性能研究方面幾乎屬于空白。然而隨著鐵路的發(fā)展，大跨度PC鐵路部分斜拉橋已在鐵路PC部分斜拉橋中得以應(yīng)

2、用，并且隨著跨度的增加，風(fēng)荷載對梁體的影響已成為不可忽略的因素。本文以擬建主跨176m城際高速鐵路PC部分斜拉橋為背景，對其進行抗風(fēng)性能研究，并首次利用ANSYS軟件對其進行風(fēng)荷載效應(yīng)的三分力數(shù)值模擬分析，其主要工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　1、采用大型有限元數(shù)值仿真分析軟件ANSYS中的CFD模塊，對大跨度高速鐵路PC部分斜拉橋跨中截面的靜力三分力效應(yīng)進行數(shù)值模擬。通過改變不同的風(fēng)攻角，得出其靜力三分力效應(yīng)的變化范圍，以及梁體跨中

3、橫截面周圍流場壓力分布情況及流場流線圖。
　　2、通過分析不同風(fēng)攻角作用下梁體跨中橫截面三分力效應(yīng)的變化范圍及周圍流場壓力分布情況得出:大跨度高速鐵路PC部分斜拉橋跨中截面的阻力系數(shù)受風(fēng)攻角變化的影響較小，其變化值基本在1％左右;升力系數(shù)及扭矩系數(shù)受風(fēng)攻角變化的影響較大，特別是在風(fēng)攻角為-10度～-7度之間時，其變化值均在23％以上，并且此時的升力系數(shù)為負(fù)值，說明梁體斷面所受到的升力與規(guī)定坐標(biāo)軸的正方向相反。
　　3、分析了

4、波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用到鐵路大跨度部分斜拉橋時，其在動力特性方面的可行性。通過Midas/Civil建立鐵路PC部分斜拉橋和波形鋼腹板部分斜拉橋的有限元模型，對比分析兩者的振型特點得出:兩者的振型變化趨勢基本相同;各階的頻率變化幅度基本一致。從而說明在動力特性方面，波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)符合鐵路部分斜拉橋的動力特性的特點。因此若在鐵路大跨度部分斜拉橋之中采用波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)，其在動力特性方面是可行的。
　　4、總結(jié)出鐵路PC部分斜拉

5、橋基頻計算公式的適用范圍。由于鐵路規(guī)范尚未對鐵路斜拉橋基頻計算方法進行規(guī)定，因此本文通過對現(xiàn)行的所有斜拉橋基頻近似計算公式進行匯總，并以大跨度高速鐵路PC部分斜拉橋為實例，利用各個公式計算其基頻，將計算結(jié)果與有限元模型及設(shè)計值進行對比分析得出:采用有限元軟件及R.walther法可以較為準(zhǔn)確的計算出鐵路PC部分斜拉橋的基頻，偏差為4.99％和6.85％，但計算速度較慢，回歸系數(shù)法及公路抗風(fēng)規(guī)范其精確度雖不高，但計算公式簡單。因此，建議對

6、于特大鐵路PC部分斜拉橋初設(shè)階段的基頻計算可以采用“回歸系數(shù)法”或“公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范法”;對于成橋階段設(shè)計的基頻計算可采用“R.walther法”或“有限元法”。
　　5、由于鐵路橋梁規(guī)范中未對斜拉橋的顫振穩(wěn)定性做出規(guī)定，所以采用公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范對鐵路PC部分斜拉橋進行了顫振穩(wěn)定性驗算，得出大跨度高速鐵路部分斜拉橋顫振臨界風(fēng)速72.80m/s遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其檢驗風(fēng)速38.27m/s，滿足規(guī)范中的顫振穩(wěn)定性要求，這為此橋的施工及安全運營提