謝曉明

摘要：近年來，隨著科技不斷發(fā)展，我國高速鐵路建設(shè)得到快速發(fā)展，高速鐵路對列車運行速度及軌道平順性的高要求，使得橋梁尤其是箱梁結(jié)構(gòu)在高鐵建設(shè)中占有重要地位。隨著高鐵進一步提速及橋梁的結(jié)構(gòu)變化，高鐵箱梁在列車荷載作用下產(chǎn)生的振動問題日益被人們所重視。本文以高鐵橋梁建設(shè)中廣泛采用的32m箱梁為研究對象，分析箱梁結(jié)構(gòu)在高速列車荷載作用下的振動特性及其相關(guān)有效減振措施。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；箱梁；振動特性；減振措施

1引言

隨著現(xiàn)階段社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，傳統(tǒng)的速度慢、載客少、舒適度低的鐵路運輸已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的出行要求，在航空與陸路運輸?shù)母偁帀毫ο?，發(fā)展高速鐵路已經(jīng)是大勢所趨。高速鐵路對列車運行速度具有硬性的標(biāo)準(zhǔn)，為保證其運行過程中的安全性和舒適性，高鐵建設(shè)對運行線路的平、縱斷面要求非常高，對軌道的平順性也有極高的要求。傳統(tǒng)的鐵路沿線無法滿足高鐵運輸?shù)母咭螅虼嗽诟咚勹F路的建設(shè)當(dāng)中，以連續(xù)箱梁、簡支箱梁為主的高架橋已成為高鐵線路建設(shè)的重要組成部分。

2高速鐵路箱梁振動控制措施重要性分析

在中衛(wèi)至蘭州高鐵橋梁的建設(shè)當(dāng)中，廣泛采用箱梁結(jié)構(gòu)，其中預(yù)制混凝土箱梁應(yīng)用最為廣泛，其整體性好、偏心荷載下較為有利、能有效抵抗正負(fù)彎矩、剛度大、施工方法多、節(jié)省材料、簡潔美觀等優(yōu)點讓其在橋梁建設(shè)中具有廣泛的發(fā)展運用空間。而當(dāng)高速鐵路在橋梁上運行時，伴隨著強大的摩擦損耗和能量輸入，在高速列車的動力作用下，會使箱梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)生振動。高速鐵路箱梁振動關(guān)系著車輛的平穩(wěn)性和乘車的舒適性，同時也涉及了橋梁的使用壽命和正常的工作狀態(tài)，甚至在車橋的動力響應(yīng)達(dá)到一定的界限時會使車橋發(fā)生共振，嚴(yán)重影響高速列車的行車安全，對公共財產(chǎn)和乘客生命安全帶來極大的危害。

3列車荷載作用下高鐵箱梁結(jié)構(gòu)振動特性分析

3.1概述

我國對高速鐵路的定義為：新建設(shè)計運行時速250km（含預(yù)留）及以上的動車組列車，初期運營速度不小于時速200km的高速鐵路。因此說運行時速250km是高速鐵路的硬性標(biāo)準(zhǔn)，而這個速度標(biāo)準(zhǔn)在實際當(dāng)中有著安全性的保留，我國大部分高速鐵路的設(shè)計時速都在300km以上，部分可到350km/h的安全運行限值，且具備提速標(biāo)準(zhǔn)。

我國高速鐵路箱梁現(xiàn)階段包括：時速350km客運專線無砟軌道箱梁；時速250km客運專線有砟軌道箱梁（兼顧貨運）；時速250km客運專線（城際鐵路）有（無）砟軌道箱梁。中衛(wèi)至蘭州鐵路設(shè)計時速250km有砟軌道箱梁。

3.2高速鐵路箱梁設(shè)計參數(shù)分析

我國高鐵早期建設(shè)普遍采用24m跨度箱梁結(jié)構(gòu)，近年來隨著高速鐵路大量的建設(shè)發(fā)展，更大跨度的箱梁得到更為廣泛的運用。高鐵由于對運行條件的高要求，對箱梁結(jié)構(gòu)具有更高的標(biāo)準(zhǔn)，普通鐵路橋梁結(jié)構(gòu)跨度不一，現(xiàn)階段國內(nèi)常用高鐵箱梁橋跨度為24m和32m，以32m箱梁更為普遍，個別路段由于建設(shè)條件的差異與限制，采用40m甚至以上跨度的箱梁結(jié)構(gòu)，研究表明跨度更大的箱梁結(jié)構(gòu)是未來高鐵發(fā)展的趨勢之一，就目前而言，32m箱梁結(jié)構(gòu)在高鐵建設(shè)中運用最為廣泛。

3.3荷載作用下箱梁結(jié)構(gòu)振動特性分析

單向行駛的兩節(jié)時速350km車廂通過32m箱梁共需時間0.88s，在模擬計算過程中，將模擬高速列車通過32m箱梁時間分為500個時間節(jié)點，共歷時1.643s，前265個時間節(jié)點模擬列車荷載通過箱梁，共歷時0.88s，后235個節(jié)點為無荷載作用下結(jié)構(gòu)振動衰減過程。而不同時間點代表不同荷載作用于箱梁，對結(jié)構(gòu)的影響也不同，在各個時間點下結(jié)構(gòu)豎向加速度峰值均明顯出現(xiàn)在承軌臺處車輪對荷載作用點上，是由于車輪對荷載作用點位置激勵作用尤為明顯，結(jié)構(gòu)在車輪對荷載作用位置抵抗荷載沖擊，豎向加速度較大，變化也大，故結(jié)構(gòu)豎向加速度峰值均出現(xiàn)在車輪對荷載作用點上。

而箱梁結(jié)構(gòu)豎向位移隨著列車車輪對荷載作用時間、位置及輪對數(shù)量的不同而不同，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力筋的作用下跨中區(qū)域向上起拱，有一個初始豎向正位移，隨著輪對荷載的不斷增大，結(jié)構(gòu)的豎向正位移不斷減??；梁體加速度隨荷載作用較為穩(wěn)定，變化不大，當(dāng)輪對荷載駛?cè)牖蝰偝隽后w時梁端承軌臺荷載作用位置承受很大的輪對荷載的沖擊作用，加速度峰值均出現(xiàn)在輪對荷載駛?cè)牖蝰偝隽后w時。

荷載作用下箱梁跨中位置位移最大，梁體端部位移最小，從端部到跨中位移呈現(xiàn)增大的趨勢，各截面中翼緣處位移較其他位置大很多，截面中線在所有位置中位移最小。從截面中線到翼緣位置振動呈現(xiàn)增大趨勢。梁端截面因列車荷載駛?cè)腭偝龆惺茌^大的沖擊作用，截面翼緣及梗腋位置加速度較其他截面同一位置大很多，振動更為顯著。

4高速鐵路箱梁減振措施分析

高鐵箱梁與傳統(tǒng)鐵路T梁相比，面板、底板寬度為滿足行車要求進一步擴大，梁身跨度根據(jù)不同行車速度有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，但從經(jīng)濟以及技術(shù)的發(fā)展考慮，具有進一步增大箱梁跨度的趨勢，使得箱梁結(jié)構(gòu)受力及振動影響更為復(fù)雜。

4.1結(jié)構(gòu)橫向加勁肋的設(shè)置

加勁肋的設(shè)置可有效增強加勁肋設(shè)置方向結(jié)構(gòu)的承載能力，已成為目前廣泛使用的措施。加勁肋對于結(jié)構(gòu)振動影響的研究見諸較少，但加勁肋的剛度及對結(jié)構(gòu)承載能力的貢獻使其對結(jié)構(gòu)振動勢必產(chǎn)生影響。

結(jié)構(gòu)橫向加勁肋可增大結(jié)構(gòu)橫向剛度，在箱梁面板、底板寬度較大時可有效減小結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)縱向裂縫的產(chǎn)生，縱向加勁肋類似，對結(jié)構(gòu)縱向剛度貢獻很大，可有效防止結(jié)構(gòu)橫向裂縫的產(chǎn)生。

4.2底板縱向加勁肋箱梁結(jié)構(gòu)振動

在箱梁底板設(shè)置兩根縱向加勁肋能夠大大降低結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下的豎向振動，結(jié)構(gòu)的豎向加速度峰值可降低20%以上，抗變形能力得到顯著提高，是減小箱梁振動的有效措施。

5結(jié)論

總而言之，高速鐵路在荷載作用下箱梁跨中位置位移最大，梁體梁端位移最小，從端部到跨中位移呈現(xiàn)增大的趨勢，而梁端截面因列車荷載駛?cè)腭偝龆惺茌^大的沖擊作用，振動更為顯著。本文主要對時速250km高鐵32m箱梁進行了振動特性分析及減振措施簡述，因個人能力及時間上的限制，存在的不足仍有待進一步研究。

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（作者單位：中鐵二十局集團第二工程有限公司）