重庆交通大学
摘要：货运铁路因为自身荷载较大，对铁路桥梁的要求很高。车桥耦合对桥梁的安全使用，列车的平稳通行有着极大的影响。本文对桥梁耦合做了简单的介绍，然后依托某新建铁路桥梁，采用DF机车加上20列P70货车，取其中三跨简支梁，以桥梁11中不同的竖曲线形式，建立有限元模型。本文分析了三段简支梁跨中挠度、加速度，和车体中心的竖向动位移和加速度，为大桥健康安全运行提供依据。
关键词：货运铁路，车桥耦合，跨中挠度，竖向动位移，加速度
0引言
当货运列车过桥时，会激励起桥梁发生振动，这种长期不稳定的振动形式会降低桥梁的刚度，改变的桥梁的结构形式，降低安全度[1]。反过来，桥梁的振动和变形会影响到桥上通行的列车，对车辆的正常行驶带来影响。
本文将依托某新建铁路大桥，结合实际情况，对车桥耦合问题进行简单分析。
1桥梁概况
该大桥全长3149.52米，桥梁孔跨为2X23+88X32，共90跨的简支梁桥。施工方法为简支梁预制运架施工，桥梁通行方向为单线铁路桥梁，设计荷载类型为中一荷载。该桥上部结构为混凝土T梁，下部采用实心配柱。如图一所示：
2车桥耦合研究的内容
（1）在列车活载经过桥梁结构时，桥梁结构的强度问题通常表征为冲击系数，此系数的提出桥梁在设计阶段的动力参数提供依据[2]。
（2）列车通过桥梁的安全问题，通过对轮轨力（包括减载率、脱轨系数等）的限制来保障列车的行驶安全。
（3）判断列车行驶的舒适度问题，以列车的振动加速度来加以判断[3]。
3不同桥梁竖曲线的耦合振动分析
货车载重量较大，编组较长，从几十节到上百节不等，对桥梁长度的覆盖面极大，桥梁联动响应十分明显。所以当货运列车通过桥梁时，其车桥耦合相比普通客运列车有所不同。本文拟采用DF机车加上20列P70货车，在不同桥梁竖曲线的情况下，建立有限元模型，对其车桥耦合进行分析。
3.1建立模型竖曲线
首先是对竖曲线的定义，桥梁在最开始使用阶段，及后面使用过程中，桥梁自身竖曲线形会发生一定改变，这对车桥耦合会产生一定影响。所以本文建立多条竖曲线来分析。为了更具代表性，就以不同温度荷载带来竖曲线的变化来作为模型的竖曲线基本参数，其中温度体荷载分别为：-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、35、40℃，以5℃为阶梯变量，得出了11条不同曲率的竖曲线。
3.2 桥梁三跨节点位移与加速度
假定列车以恒定速度80公里每小时的速度行驶，研究桥梁的不同竖向曲线的变化对重载列车的影响，选取其中具有代表性的连续三跨简支梁建立ansys模型。
首先是对竖曲线的定义，桥梁在最开始使用阶段，及后面使用过程中，桥梁自身竖曲线形会发生一定改变，这对车桥耦合会产生一定影响。
取桥梁不同其中图2、图3为左中右三跨跨中节点的挠度最大值和竖向加速度最大值。
从图中可以看出，从竖曲线1到竖曲线11的曲线中，中跨的跨中挠度不断减小，左右跨中挠度不断增加。而跨中节点加速度呈现总体减小趋势，但变化量不大。
3.3车体的竖向动位移及加速度
与上一节工况相同，图4表示各个车体中心点竖向动位移，图5表示各车车体中心点竖向加速度最值
由上图可以得知，从竖曲线1到11，车辆的最大动位移在不断减少；曲线1到8加速度值在不断减少，而8到11过程中，振动加速度略为增加。其中可以得到，其最大竖向加速度为0.873 m/s2，根据我国国标GB5599-85[4]中规定加速度不超过0.7g，因此符合规范要求。
4 总结
（1）该桥在规定列车和规定速度情况下，桥梁通行能够满足规定要求。
（2）根据不同桥梁的竖曲线模型，分析了在不同竖曲线的情况下，货车通行下的车桥耦合情况。从分析得知：当货车行驶速度一致时，竖曲线的变化会给车桥耦合带来很大影响，并且发现不同竖曲线下车体的最大竖向动位移和加速度均出现在同一个地方，与桥梁的数曲率变化一致。
参考文献
[1]晋智斌.车-线-桥耦合及车-桥随机振动[D].成都:西南交通大学,2007.
[2]吕峰.车辆与结构相互作用随机动力分析[D].大连:大连理工大学,2008
[3]翟婉明.车辆-轨道耦合动力学[M].(第3版).北京:科学出版社，2007
[4]国家标准局. GB/T5599-85铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S]. 北京: 中国标准出版社, 1985.
论文作者:吴佳坤,杨波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/9
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