高速鐵路大跨拱橋吊桿的振動分析與安全評估研究.pdf

1、隨著中國高速鐵路的飛速發(fā)展，高速鐵路橋梁的運營安全逐漸受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。由于高速鐵路列車荷載大和行車速度高，導(dǎo)致橋梁振動響應(yīng)顯著，尤其對于大勝關(guān)大橋這類拱橋的吊桿會造成明顯的振動響應(yīng)，進(jìn)而引起吊桿的振動疲勞問題。吊桿是拱橋的主要受力構(gòu)件，其安全性直接影響拱橋結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，拱橋吊桿的振動疲勞問題是拱橋的主要病害之一，有必要對大勝關(guān)大橋這一類特殊橋型的吊桿開展長期振動監(jiān)測與安全評估。本文以南京大勝關(guān)長江大橋吊桿為研究對象，開展了高

2、速列車和環(huán)境激勵共同作用下長吊桿的振動分析，以及高速列車作用下短吊桿的疲勞評估。本文主要工作和成果如下:
　　(1)基于車致振動長期監(jiān)測數(shù)據(jù)開展了高速列車作用下長吊桿振動響應(yīng)的分析，在此基礎(chǔ)上提出了長吊桿振動性能退化預(yù)警方法。分析結(jié)果表明:長吊桿振幅特性與列車速度之間難以建立有效的相關(guān)性模型用以表征列車通過時的長吊桿振動性能;長吊桿振幅受結(jié)構(gòu)溫度的影響均較小;相同車廂數(shù)下，靠近長吊桿一側(cè)的列車工況下的長吊桿振幅明顯大于遠(yuǎn)離長吊桿一

3、側(cè)的列車工況。而長吊桿振幅受車廂數(shù)的影響較小;采用log-logistic分布函數(shù)可以較好地描述不同列車工況下長吊桿振幅的概率密度統(tǒng)計特性，在此基礎(chǔ)上采用t檢驗的方法對長吊桿振動性能進(jìn)行長期退化預(yù)警。
　　(2)基于環(huán)境激勵下振動長期監(jiān)測數(shù)據(jù)展開了長吊桿的振幅和振動頻率分析，在此基礎(chǔ)上提出了長吊桿振動性能退化預(yù)警方法。分析結(jié)果表明:長吊桿振幅受結(jié)構(gòu)溫度的影響較小;用廣義極值分布函數(shù)可以較好地描述溫度作用下長吊桿振幅的概率密度統(tǒng)計特

4、性，在此基礎(chǔ)上直接得出具有相應(yīng)超越概率的長吊桿振幅，從而設(shè)定長吊桿振幅安全預(yù)警閡值;長吊桿自振頻率與結(jié)構(gòu)溫度之間存在較強的相關(guān)性，表現(xiàn)出“溫度高頻率低，溫度低頻率高”的特征。通過消除結(jié)構(gòu)溫度的影響得到環(huán)境歸一化頻率值，在此基礎(chǔ)上采用均值控制圖法可以較好地識別出長吊桿自振頻率的長期變化。
　　(3)基于應(yīng)變長期監(jiān)測數(shù)據(jù)開展了高速列車作用下短吊桿的疲勞特性評估。分析結(jié)果表明:短吊桿軸向應(yīng)變極大值、彎曲應(yīng)變極大值以及軸-彎效應(yīng)系數(shù)均與列

5、車車速相關(guān)性不明顯。但與列車車廂數(shù)以及行駛車道相關(guān)，高速列車行駛在與短吊桿越近的車道，車廂數(shù)越多，短吊桿所產(chǎn)生的疲勞損傷越大;考慮軸-彎應(yīng)變的等效應(yīng)力幅大于僅考慮軸向應(yīng)變的等效應(yīng)力幅，同時考慮軸-彎應(yīng)變下的全年疲勞損傷明顯大于僅考慮軸向應(yīng)變的，說明剛性短吊桿的疲勞分析時需要考慮軸-彎效應(yīng)。同一車道下，列車車廂數(shù)越多，疲勞損傷越大。不同車道下的高速列車通過靠近短吊桿的車道時對短吊桿疲勞損傷的影響較大。研究結(jié)果為后續(xù)開展短吊桿疲勞設(shè)計維護(hù)提