高速鐵路大跨拱橋吊桿的振動(dòng)分析與安全評(píng)估研究.pdf

1、隨著中國(guó)高速鐵路的飛速發(fā)展，高速鐵路橋梁的運(yùn)營(yíng)安全逐漸受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。由于高速鐵路列車(chē)荷載大和行車(chē)速度高，導(dǎo)致橋梁振動(dòng)響應(yīng)顯著，尤其對(duì)于大勝關(guān)大橋這類(lèi)拱橋的吊桿會(huì)造成明顯的振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而引起吊桿的振動(dòng)疲勞問(wèn)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(dòng)疲勞問(wèn)題是拱橋的主要病害之一，有必要對(duì)大勝關(guān)大橋這一類(lèi)特殊橋型的吊桿開(kāi)展長(zhǎng)期振動(dòng)監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估。本文以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋吊桿為研究對(duì)象，開(kāi)展了高

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

3、側(cè)的列車(chē)工況。而長(zhǎng)吊桿振幅受車(chē)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(chē)工況下長(zhǎng)吊桿振幅的概率密度統(tǒng)計(jì)特性，在此基礎(chǔ)上采用t檢驗(yàn)的方法對(duì)長(zhǎng)吊桿振動(dòng)性能進(jìn)行長(zhǎng)期退化預(yù)警。
　　(2)基于環(huán)境激勵(lì)下振動(dòng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展開(kāi)了長(zhǎng)吊桿的振幅和振動(dòng)頻率分析，在此基礎(chǔ)上提出了長(zhǎng)吊桿振動(dòng)性能退化預(yù)警方法。分析結(jié)果表明:長(zhǎng)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(zhǎng)吊桿振幅的概率密度統(tǒng)計(jì)特

4、性，在此基礎(chǔ)上直接得出具有相應(yīng)超越概率的長(zhǎng)吊桿振幅，從而設(shè)定長(zhǎng)吊桿振幅安全預(yù)警閡值;長(zhǎng)吊桿自振頻率與結(jié)構(gòu)溫度之間存在較強(qiáng)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(guò)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(shí)別出長(zhǎng)吊桿自振頻率的長(zhǎng)期變化。
　　(3)基于應(yīng)變長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展了高速列車(chē)作用下短吊桿的疲勞特性評(píng)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(chē)車(chē)速相關(guān)性不明顯。但與列車(chē)車(chē)廂數(shù)以及行駛車(chē)道相關(guān)，高速列車(chē)行駛在與短吊桿越近的車(chē)道，車(chē)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(shí)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(shuō)明剛性短吊桿的疲勞分析時(shí)需要考慮軸-彎效應(yīng)。同一車(chē)道下，列車(chē)車(chē)廂數(shù)越多，疲勞損傷越大。不同車(chē)道下的高速列車(chē)通過(guò)靠近短吊桿的車(chē)道時(shí)對(duì)短吊桿疲勞損傷的影響較大。研究結(jié)果為后續(xù)開(kāi)展短吊桿疲勞設(shè)計(jì)維護(hù)提