高速铁路箱梁振动特性及减振措施研究

摘要

近年来，我国高速铁路建设得到了快速的发展，高速铁路对列车运行速度及轨道平顺性的高要求，使得桥梁尤其是箱梁结构在高铁建设中占据了很大的比重。随着高铁进一步提速以及桥梁的结构变化，高铁箱梁在列车荷载作用下产生的振动问题日益被人们所重视。本文以高铁桥梁建设中广泛采用的32m箱梁为研究对象，建立时速350km高铁32m箱梁有限元模型，分析箱梁结构在高速列车荷载作用下的振动特性以及改变箱梁腔室结构、设置加劲肋时对结构的振动影响。
　　本文主要研究成果如下：
　　1、研究总结了高铁32m箱梁的前四阶自振频率及相对应的振型，并与实测数据对比验证了模型的合理性。
　　2、研究了高铁箱梁在列车荷载作用下结构横向位移、横向加速度和竖向位移、竖向加速度的变化规律，确定了结构竖向位移和竖向加速度为高铁箱梁振动研究的主要考察量。
　　3、研究了箱梁截面顶板、底板、腹板、梗腋等不同位置在高速列车荷载作用下的振动特性。
　　4、研究了不同列车轮对荷载作用下箱梁的振动特性，确定了结构竖向位移、竖向加速度在列车轮对荷载作用下随时间的变化规律。
　　5、荷载作用下箱梁结构竖向位移，由箱梁端部至跨中截面呈增大的趋势，同一截面从截面中线至翼缘呈增大趋势；竖向加速度顶板较底板更大，由截面中线至翼缘加速度呈现增大趋势。梁端截面受列车荷载驶入驶出影响，承受较大冲击作用，截面翼缘、梗腋位置加速度较其他截面明显更大，振动更为显著。
　　6、采用单箱双室结构及在箱梁结构中设置加劲肋均会对结构振动产生影响。在相同的列车荷载作用下，采用单箱双室结构及在箱梁底板设置纵向加劲肋能明显降低结构的竖向位移及竖向加速度，减振效果明显；设置腹板纵向加劲肋时能够一定程度上减小结构竖向位移及竖向加速度，但降幅有限，减振效果不明显；设置底板横向加劲肋、顶板横向加劲肋及腹板横向加劲肋时，均不能显著降低结构振动，不建议作为结构减振措施；在箱梁顶板设置纵向加劲肋时结构竖向位移及竖向加速度均有所增大，使振动增强，在结构设计中应避免；。
　　最后，在总结全文研究成果的基础上，提出了须进一步研究与探讨的问题。