桥墩横向静力刚度参考限值的研究

２００４年１２月铁道工程学报

Ｄｅｅｅｍｂｅｒ２００４

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文章编号：１００６—２１０６（２００４）增刊一０１１８—０２

桥墩横向静力刚度参考限值的研究

游励晖１粜陈克坚１何庭国１郭向荣２

（１铁道第二勘察设计院，四川成都６１００３１；２中南大学铁道学院，湖南长沙４ｌ００７５）

提要：２００ｋｎ洲・客货其线铁路的建设在我国刚刚起步，列车的运行速度与常规铁路相比，有了质的变化，列车行驶时安全、舒适和平稳的要求大大加强，在高度较高的桥梁设计中如何满足这些要求，叉合理控制工程量是我们鹿当认真研究的课题，本文通过对遂渝铁路桥梁的动力分析，得出一些桥墩横向静力刚度参考限值确定的初步方｛击。

关毽词：桥墩；静力刚度；限值中图分类号：ｕ４４２

５

文献标识码：Ａ

１概述

遂渝铁路，两起四川省遂宁市，东至重庆市，全长１４４．６

ｋｍ，

耦台动力分析，从计算研究中我们发现，对本线桥梁在列车行驶时安全、舒适和平稳的影响因素中最为明显的指标是平稳性指标舻和列车的横向加速度。桥梁对这两项指标的影响因素主要是横向剐度，由于梁是定型产品，其横向刚度值是固定的，那么桥墩的横向刚度就是一个重要指标。

其闸两跨涪江、两跨嘉陵江，并穿越缙云山脉，是我国在建的第一条客货共线时速达２００ｋ汕，ｈ穿越山区及深丘陵医的高速铁路，桥梁的最大高度达６０泉ｍ。在本线结合工程条件进行时速２００ｋｍ桥梁动力特性的研究，以解决铁路常用的２４、３２ｍ简支Ｔ梁桥如何满足时速２００ｋｍ客货共线高速铁路桥粱列车走行的安全性和舒适性，是遂渝铁路也是所有新建时速２∞ｋｍ窖货共线高速铁路桥梁建设急需解决的关键问题，用此，本项目的研究具有非常现实的指导意义，也具有促进客货共线高速铁路桥梁发展的深远意义。

为此我们对遂渝线选取了卜一座典型简支粱桥进行了车桥

２理论依据

我们在最初儿座典型桥梁动力分析ｉ｛ｒ算后，试图寻找影响行车安全和乘车舒适性的各指标与桥墩横向静力剧度之『甘Ｊ的关系，但我们发现它们之间并没有直接联系。在《铁路桥梁检定规范》中为保证行车安全和乘车舒适性所作的规定，提出对墩顶横向振幅和自振频率正常值的规定，见表Ｉ一表３。

表１中关于墩顶振幅及频率限值的制汀是基于这样的考

表１《检规》关于墩】页横向振幅殛桥墩横向自振频率正常值的具体规定

墩身构成

寸特征墩身尺

基础与地基土基础类型扩大基础

混凝土或石砌墩身

低墩：

Ｈ。，Ｂ＜２。５

墩顶横向振幅似一）强（ｍｍ）车速口≤６０ｋｍ／ｈ

车速口＞６０ｋｍ，ｌｌ

横向自振频率

，（Ｈｚ）

岩石

Ｚ『／３０

沉井基础桩基础扩大基础

粘土或砂、砾岩石

鲁＋０１导＋ｏ一

等＋０２

中高墩：

Ｈ、／Ｂ≥２．５

扩大基础沉井基础桩基础

蒜矗＋ｏｚ堕篙竽＋ｏ：

，≥呈竽

，≥ｎ。塑乒

卢ｍ毪｝

扩大基础牯土或砂、砾

ｍ（击＋ｏ。）

说明：口一一墩全高ｆ自基底或桩承台底至墩顶，（ｍ）；Ⅳ，一一墩高（自基顶或桩承台顶至墩顶）．（ｍ）；丑～墩身横向平均宽度，（ｍ）。

睾收稿日期：２００４０３“游励晖岛级工程师男１９６３年９月出生

增刊游励晖等：桥墩横向静力刚度参考限值的研究１１９

表２表１中系数从、啦取值

车速

计算项目

参数

地基土特征

口≤６０ｋｒｒｌ／ｈ

＂＞６０ｋＩｒ∥ｈ

软塑牯土

１

２

横向振幅

△＾（ｍ）

硬塑粘土、砂、砾

１

嵌岩桩１

软塑粘土

ｍ＝０．８自振频

ｎ‘

硬塑粘土、砂、砾

。＿＝Ｏ．９嵌岩桩

０１＝１

表３表１中系数砚、ｍ取值

计算项日参数地基土特征车速

口≤６０ｋＨ∥ｈｕ＞６０ｋｍ／ｈ

横向振幅也砾石、粗砂

１．０

１．１５

硬塑粘性上、中砂、细砂

０．９０自振频

地

０．８０

虑：当墩体为高、中墩时（Ｈ，／Ｂ≥２．５），其横向振动的振型是接近于基底固结，顶端自由的悬臂结构，则墩顶的振幅Ａ懈将是墩顶柔度一／３日的函数，写成函数关系式为：

一刮嘉

墩身截面惯性矩是截面抗弯模量Ⅳ和墩身宽度口的函数，＝，（Ⅳ・曰）故有：

一刮盖

（２）

鉴于墩身承受的横向弯矩正比于墩高目，设计时为满足弯矩的变化，墩身截面抵抗弯矩Ⅳ应正比于日．，又对于一定材质

的墩身，其Ｅ值是固定的，则公式（２）又可写作

一Ｊ唔

（３）由于墩身自振周期ｒ可表示为Ｆ。ｃ，因此

一刮告）

㈤

对于低墩（Ｈ．／丑≤２．５），其振动形式是墩身接近基底作刚性

转动，自振频率较高，墩顶振幅Ａ腑是墩岛的函数，即

Ａｄ¨）

（５）

对高、中墩，以日，Ⅷ为横坐标，实测墩顶横向最大振幅为

纵坐标，根据宴测的各墩顶横向振幅的散点图，作包络线方程，得高、中墩墩顶横向最大振幅限值的捡算公式ｉ对低墩以墩高日为横坐标，实测墩顶横向最大振幅为纵坐标，根据实测的各墩墩顶横向振幅的散点图，作包络线方程，得低墩墩顶横向最太振幅限值的检算公式。

３结束语

（１）《检规》中振幅限值公式区分了高、中、低墩，并将墩顶

限值表示为日．ｔ侣的函数，具有明显的物理意义。

（２）《检规》中限值公式反映的是常见值，不是容许值。所

谓常见值是指无病害的正常桥梁（墩ｊ横向振幅常见的上限值，因此，从限值公式来看，当墩身宽度口值越大，其限值

越小，当墩身度度日值越大，其限值越大，这也正体现常见值的变化规律。此外，它没有和梁跨跨度大小联系起来，也就

是况，墩顶振幅值的制订和梁跨大小互小相关。这也是常见值的一个特征。

（３）常虬值作为检定规范的限值可必榆查桥墩是否存在病害或祸患，有其积极的作用。容许值是保证结构安全、运营安全、舒适性等所必须满足的限值指标。由于车桥振动的复杂性和目前所作的研究工作不多，制订桥墩横向振幅限值的容许值

还有一定的难度．新旧铁路桥梁检定规范均采用常见值，其横

向振幅限值表达式均为Ｈ，似或日的函数形式，只是根据车速

提高情Ｍ，新《检规》较旧《检规》对墩顶振幅限值适当地有所放宽。

《检规》对墩顶振幅限值的规定也即对桥墩横向刚度的规定，当然此处桥墩横向刚度是指桥墩横向动力刚度，它与桥墩横向静力刚度相比要复杂得多，作为本研究的目的，是为桥墩的初步设计提供一个参考限值，对桥墩的横向静力剐度作出一些具体规定以指导设计。本研究仅针对上部结构为跨度３２ｍＴ形梁

桥的情形。由于该问题牵涉的因索多而繁杂，要想通过几个典型的计算直接确定桥墩的横向静力刚度参考限值是不可能的，因此本研究的基本思路是先根据一些定性分析提出该参考限值的

《检规》关于墩顶横向振幅限值的表达式均为Ｈ，Ⅷ或Ｈ

的函数形式，其值随墩高的增加『ｎｉ单调递增，作为常见值，该规幅限值或横向刚度限值的容许值也应该随墩高的增加而有所放（４）以上关于桥墩横向刚度限值的容许值也应该随墩高的

ｍ

Ｔ形梁桥的情形其相应

由于该类矧题的复杂性，所牵涉的因素多而繁杂，墩顶横向线剐（下转第１３６页）

假设值，然后通过若干典型的计算或实测资料来加以验证，然后

逐步加以修正和完善。

定是非常合理的。从定性的角度而言，桥墩横向振幅限值的容许值是否也垃该随墩高的增加而单调递增呢？我们认为，假如不考

虑共振因素，答案是肯定的，理由为：相嘲的横向振幅对列车系统行蕾的影响币一定相同，显然对某一横向振幅，振动频率越太，其对列车系统行车的影响越不利。对同一类型桥粱结构而

言，桥墩横向振动频率会随墩高的增加而单调递减，桥墩横向振宽。

增加而有所放宽的定性分析结论在“十一座典型桥粱工点分析报告”中得到了验证，也就是在满足列车运行安全性和指定平稳性要求的前提下，墩顶横向线刚度限值可以随墩高的增加而有所放宽。戎们认为上部结构为跨度３２

的参考限值是合适的，可为桥墩的设｝ｒ提供一个参考依据。然而度限值的表现形式及其相应的参考限值，还需通过若干计算或实测资料来加以验证，然后逐步加以修正和完善。

１３６

铁道工程学报

删年１２月

进隧道之二。沣：运架梁机前轮组与导梁就位，运架梁机前行

图５进隧道导梁、运架粱示意图

的架粱前准备、粱场取粱、途中运粱、落梁退出与ＹＪ一５５０ｔ架桥机基本程序相同，不再叙述。现就进出隧道口架粱程序简述如下：

（１）出隧道口架粱见图３、图４；（２）进隧道口架粱见图５。

桥隧区箱粱架设的实践中得到验证。

参考文献：

［１】邓运清．《秦沈客运专线大吨架桥机的应用》ｆＨ］《铁道标准

设ｉｔ》Ⅱ】．２００１年第９期［２］

刘中天．意大利ＮＩｃ０ＬＡＹＪ一５５０型运架一体机架梁设备叨．北京：铁道工程学报，２００１增刊．

［３］刘亚滨吊运架一体式架桥设备的技术特点及其应用前景

【Ｊ］北京：铁道标准设计，２００２（１）．

种新型的

６结束语

综上所述，ＹＪ一５５０ｔ运架一体机改造方案除具备原有运架一体机的特点及适应吊运３２ｍ、９００ｔ整孔箱粱外，还能适应穿越隧道运梁，洞口架设的困难工况，企业设备资金投入少，经济效益显著，具有可靠的实际应用价值，它必将在今后客运专线的

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（上接第１１９页）

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