王 巍

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081）

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，主要干線高速鐵路橋梁跨越長(zhǎng)江、黃河的情況比較常見。隨著斜拉橋橋梁理論研究的成熟、計(jì)算技術(shù)水平的提高及其具有的較大跨越能力的特點(diǎn)，使得斜拉橋在大跨度橋梁中應(yīng)用更為廣泛。大跨度鐵路斜拉橋通過合理的結(jié)構(gòu)布置可以提高其豎向剛度與橫向剛度，我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋通常采用雙塔連續(xù)鋼桁梁形式，表1給出了我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)參數(shù)。

我國(guó)的國(guó)情和路情，決定了我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)速度高、行車密度大、舒適度好的特點(diǎn)，這些決定了高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定的高標(biāo)準(zhǔn)要求，《高速鐵路橋梁運(yùn)營(yíng)性能檢定規(guī)定（試行）》適用于高速鐵路跨度100 m及以下采用ZK活載設(shè)計(jì)的常用跨度預(yù)應(yīng)力混凝土雙線箱梁橋運(yùn)營(yíng)性能的檢測(cè)和評(píng)定，缺乏針對(duì)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的橋梁運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試評(píng)定技術(shù)指標(biāo)［1］。

表1 我國(guó)部分高速鐵路斜拉橋設(shè)計(jì)參數(shù)［2-6］

本文基于近年來我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋動(dòng)力性能測(cè)試實(shí)踐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定技術(shù)，為高速鐵路大跨度斜拉橋的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供參考。

1 運(yùn)營(yíng)性能評(píng)定主要參數(shù)

高速鐵路橋梁在列車高速運(yùn)行條件下，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)加劇，從而使列車運(yùn)行的安全性、旅客乘坐的舒適性、荷載沖擊等問題都與普通鐵路橋梁不同，高速鐵路橋梁必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證高速列車行車平穩(wěn)性和橋上軌道的穩(wěn)定性［7］。國(guó)內(nèi)外高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的每個(gè)參數(shù)制定因素和目的都比較明確，即通過確保橋上道床和軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定來保證高速列車在橋上運(yùn)行的穩(wěn)定性和旅客乘坐舒適性［8］。

1.1 橋梁豎向評(píng)定參數(shù)

自振頻率是橋梁基本的動(dòng)力特性，也是分析橋梁動(dòng)力響應(yīng)趨勢(shì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，自振頻率的變化綜合反應(yīng)橋梁狀態(tài)的變化；梁體豎向剛度（撓度和梁端轉(zhuǎn)角）是影響橋上軌道平順性和行車舒適性的主要靜力指標(biāo)［8］。目前，我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋均采用有砟軌道，梁體豎向振動(dòng)加速度過大會(huì)導(dǎo)致橋上道砟粉化，引起橋上道床的失穩(wěn)。因此，建議選擇梁體豎向自振頻率、梁體豎向剛度（撓度和梁端豎向轉(zhuǎn)角）及豎向動(dòng)力響應(yīng)作為大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)豎向評(píng)價(jià)參數(shù)，評(píng)定參數(shù)和目的見表2。

表2 大跨度斜拉橋豎向評(píng)定參數(shù)和目的

1.2 橋梁橫向評(píng)定參數(shù)

大跨度斜拉橋橫向位移過大，會(huì)導(dǎo)致橋上軌道結(jié)構(gòu)的方向不平順，影響車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性和旅客乘坐舒適度。大跨度斜拉橋橫向自振頻率作為橋梁動(dòng)力特性的基本參數(shù)，是橫向剛度的綜合反應(yīng)，在動(dòng)車組列車作用下，橋梁的橫向水平位移和橫向自振頻率具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般情況下，梁體橫向位移的測(cè)試比較困難，大跨度斜拉橋橫向評(píng)定參數(shù)可以沿用鐵路橋梁檢定相關(guān)規(guī)范的規(guī)定［8］，以評(píng)定梁體橫向自振頻率和運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下梁體、橋墩的橫向振幅為主，其主要目的見表3。

表3 大跨度斜拉橋橫向評(píng)定參數(shù)和目的

1.3 動(dòng)車組列車通過橋梁的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性

動(dòng)車組列車運(yùn)行穩(wěn)定性主要涉及車輛在橋上是否脫軌及對(duì)軌道產(chǎn)生過大橫向力的問題，一般采用脫軌系數(shù)、輪重減載率及輪軌橫向力來評(píng)價(jià)。動(dòng)車組平穩(wěn)性主要涉及旅客的乘坐舒適性。通過分析動(dòng)車組列車通過大跨度斜拉橋的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，來綜合評(píng)價(jià)大跨度斜拉橋的工作狀態(tài)，使得高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能的評(píng)定更加全面。

2 運(yùn)營(yíng)性能評(píng)定指標(biāo)及測(cè)試技術(shù)

2.1 梁體自振頻率

2.1.1 梁體豎向自振頻率

文獻(xiàn)［9］的研究表明：列車對(duì)橋梁的豎向強(qiáng)振頻率f強(qiáng)振與動(dòng)車組列車速度v（km／h）和車輛長(zhǎng)度d（m）有關(guān)，車輛長(zhǎng)度引起的豎向強(qiáng)振頻率為v／3.6d，而列車軸距、定距、兩車相鄰轉(zhuǎn)向架的中心距由于重復(fù)作用不連續(xù)，相對(duì)處于次要地位。我國(guó)CRH動(dòng)車組列車車輛長(zhǎng)度為25 m左右的，其理論強(qiáng)振頻率f強(qiáng)振＝0.011v。

圖1 梁體1階豎向自振頻率與主跨跨度關(guān)系圖

文獻(xiàn)［7］研究提出了跨度96 m及以下的混凝土簡(jiǎn)支梁豎向自振頻率限值，對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)豎向自振頻率的限值，指出需進(jìn)行專項(xiàng)研究確定。表4給出了我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋1階豎向自振頻率的實(shí)測(cè)值。實(shí)測(cè)CRH動(dòng)車組列車以160～275 km／h通過時(shí)，豎向強(qiáng)振頻率在1.7～3.2 Hz之間，與斜拉橋1階豎向自振頻率相差較遠(yuǎn)，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。梁體1階豎向自振頻率通常由主跨控制，分別按照線性、指數(shù)、對(duì)數(shù)和冪回歸等基本回歸類型對(duì)梁體1階豎向自振頻率與主跨跨度進(jìn)行回歸，結(jié)果表明，梁體1階豎向自振頻率與主跨跨度成冪函數(shù)關(guān)系。不同橋梁梁體1階豎向自振頻率與主跨跨度的關(guān)系見圖1。按97.5%的保證率對(duì)1階豎向自振頻率進(jìn)行推斷得到頻率的下限值，可作為主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋梁體1階豎向自振頻率的參考值。為便于應(yīng)用，近似可取1階豎向自振頻率f＝180／L，L為主跨跨度，以m計(jì)。

梁體豎向自振頻率可在斜拉橋各跨跨中主桁下弦桿布置振動(dòng)傳感器，采用環(huán)境微振動(dòng)法（脈動(dòng)法）測(cè)試。測(cè)試時(shí)，為提高頻率分辨率，采樣頻率建議采用5～10 Hz；采樣時(shí)間不宜少于15 min［10］。

表4 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)1階豎向自振頻率［2-6］

2.1.2 梁體橫向自振頻率

車輛蛇行運(yùn)動(dòng)、軌道橫向不平順、列車上橋前的橫向振動(dòng)通常是橋梁橫向振動(dòng)的激勵(lì)源，其中以車輛蛇行運(yùn)動(dòng)為主。由于車輪踏面的錐度，且輪緣與鋼軌側(cè)面之間有間隙，在車輛沿直線軌道運(yùn)行時(shí)，車輛在水平面內(nèi)既有橫擺運(yùn)動(dòng)，又有搖頭運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)蛇形運(yùn)動(dòng)狀態(tài)［11-12］。正常的車輛蛇行運(yùn)動(dòng)對(duì)車輛運(yùn)行穩(wěn)定性不構(gòu)成危害，但當(dāng)車輛運(yùn)行速度達(dá)到或超過一定的臨界值導(dǎo)致蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)時(shí)，會(huì)激發(fā)起較大幅度的車橋橫向耦合振動(dòng)。

表5給出了我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋橫向自振頻率的實(shí)測(cè)值。動(dòng)車組列車以160～275 km／h通過時(shí)，實(shí)測(cè)橫向強(qiáng)振頻率在1.5～3.5 Hz范圍內(nèi)，與斜拉橋1階橫向自振頻率相差較遠(yuǎn)，動(dòng)車組車輛蛇行運(yùn)動(dòng)無法形成橫向共振。

表5 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)橫向自振頻率［2-6］

影響斜拉橋梁體橫向自振頻率的因素較多，主要有斜拉橋主桁結(jié)構(gòu)形式、跨度、主桁桁寬等，研究表明，跨度不變時(shí)，橋梁橫向自振頻率隨桁寬的增加而明顯增大［13］?？紤]主跨跨度與主桁寬度的影響，分別按照線性、指數(shù)、對(duì)數(shù)和冪回歸等基本回歸類型對(duì)梁體1階橫向自振頻率進(jìn)行回歸，結(jié)果表明，梁體1階橫向自振頻率與主跨跨度及主桁寬度基本成冪函數(shù)關(guān)系。不同橋梁梁體1階橫向自振頻率與主跨跨度及主桁寬度的關(guān)系見圖2。按97.5%的保證率對(duì)1階橫向自振頻率進(jìn)行推斷得到頻率的下限值，可作為主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋梁體1階橫向自振頻率的參考值。為便于應(yīng)用，近似可取1階橫向自振頻率f＝1.3（L／B）－0.6，L為主跨跨度，B為主桁寬度，以米計(jì)。

圖2 梁體1階橫向自振頻率與主跨跨度及主桁寬度關(guān)系圖

梁體橫向自振頻率測(cè)試方法與梁體豎向自振頻率類似，均采用環(huán)境微振動(dòng)法（脈動(dòng)法）測(cè)試。

2.2 梁體豎向剛度

2.2.1 梁體豎向撓跨比

高速鐵路橋梁的設(shè)計(jì)，一般是通過豎向活載作用下最大撓度或撓跨比的最大限值來保證豎向剛度。文獻(xiàn)［7］研究提出了跨度96 m及以下的混凝土梁豎向撓度限值，對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)豎向撓度的限值，指出需進(jìn)行專項(xiàng)研究確定。

對(duì)于大跨度斜拉橋的豎向撓跨比，世界各國(guó)都沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)，日本在本四聯(lián)絡(luò)線的柜石島、巖黑島橋設(shè)計(jì)的豎向撓跨比約為1／400。文獻(xiàn)［14］建議可將豎向撓跨比設(shè)計(jì)值擬定為1／500～1／800。文獻(xiàn)［15］指出，根據(jù)日本和中國(guó)已運(yùn)營(yíng)的大跨度橋梁的實(shí)際情況，撓跨比大于1／400不會(huì)影響鐵路行車安全，這需要根據(jù)行車穩(wěn)定性另行制定適合長(zhǎng)大跨度橋梁的標(biāo)準(zhǔn)。

表6給出了我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋梁體豎向撓跨比的實(shí)測(cè)值。不同橋梁主跨跨度與實(shí)測(cè)撓度比值和主跨跨度的關(guān)系見圖3。從表6和圖3中可以看出，韓家沱長(zhǎng)江雙線大橋主跨跨中撓跨比接近設(shè)計(jì)值，其余橋梁主跨豎向撓度隨著主跨跨度的增大而增大，所有橋梁主跨跨中撓跨比均小于1／800。對(duì)于主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋，1／800可作為斜拉橋主跨跨中撓跨比的參考值。

斜拉橋可采用光電成像法（CCD圖像法）或傾角儀法測(cè)試準(zhǔn)靜態(tài)撓度。光電成像法測(cè)試過程中易受下雨、霧天等環(huán)境因素的影響，且測(cè)試準(zhǔn)確度受測(cè)試距離的影響較大。傾角儀法測(cè)量梁體豎向撓度不需要靜止的參考點(diǎn)，不受橋梁地形條件的限制，但傾角儀的安裝與調(diào)試較繁瑣。采用光電成像法時(shí)，光學(xué)靶標(biāo)宜布置在斜拉橋主跨跨中主桁下弦桿；采用傾角儀法時(shí)，可沿斜拉橋主桁下弦桿等間距布置5個(gè)或7個(gè)傾角儀［16］。

表6 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)主跨豎向撓跨比［2-6］

圖3 主跨跨度與撓度比值和主跨跨度關(guān)系圖

2.2.2 梁端豎向轉(zhuǎn)角

對(duì)于大跨度斜拉橋因其撓度變形曲線較和緩，撓跨比不宜成為主要關(guān)注的控制指標(biāo)［17］，梁端豎向轉(zhuǎn)角對(duì)行車安全和舒適的影響更為顯著，且梁端轉(zhuǎn)角過大會(huì)影響軌道穩(wěn)定性［18］，導(dǎo)致軌道養(yǎng)護(hù)工作量增大。

文獻(xiàn)［7］研究提出了跨度96 m及以下的混凝土梁梁端豎向轉(zhuǎn)角限值，對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)梁端豎向轉(zhuǎn)角的限值，指出需進(jìn)行專項(xiàng)研究確定。

研究表明，通過設(shè)置輔助墩可大幅度降低梁端轉(zhuǎn)角［19］，我國(guó)高速鐵路斜拉橋都采用設(shè)置輔助墩的形式來減小梁端豎向轉(zhuǎn)角，表7給出了我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋梁端豎向轉(zhuǎn)角的實(shí)測(cè)值。從表7中可以看出，主跨跨度相近時(shí)，梁端豎向轉(zhuǎn)角隨著邊跨跨度的增大而減小。除韓家沱長(zhǎng)江雙線大橋外，其余橋梁梁端豎向轉(zhuǎn)角均小于1.0‰，輔助墩的設(shè)置使得斜拉橋梁端轉(zhuǎn)角實(shí)測(cè)值小于文獻(xiàn)［7］規(guī)定的跨度96 m及以下的有砟軌道橋梁梁端豎向轉(zhuǎn)角2.0‰的限值，能夠保證梁端有砟軌道的穩(wěn)定性?？紤]ZK活載設(shè)計(jì)時(shí)，不同橋梁梁端豎向轉(zhuǎn)角的平均值為0.72‰，按97.5%的保證率對(duì)梁端豎向轉(zhuǎn)角進(jìn)行推斷得到轉(zhuǎn)角的上限值為1.0‰；僅采用中-活載設(shè)計(jì)時(shí)的梁端豎向轉(zhuǎn)角樣本較少，韓家沱長(zhǎng)江雙線大橋的實(shí)測(cè)值約為考慮ZK活載設(shè)計(jì)時(shí)平均值的1.58倍。考慮ZK活載設(shè)計(jì)時(shí)，建議采用推斷的上限值1.0‰作為斜拉橋梁端豎向轉(zhuǎn)角的參考值；僅采用中-活載設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮將1.5‰作為斜拉橋梁端豎向轉(zhuǎn)角的參考值。

表7 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)梁端豎向轉(zhuǎn)角［2-6］

斜拉橋梁端豎向轉(zhuǎn)角建議采用傾角儀直接測(cè)量，梁端豎向轉(zhuǎn)角測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在靠近梁端支座處的主桁下弦桿。

2.3 動(dòng)力響應(yīng)

2.3.1 豎向動(dòng)力響應(yīng)

（1）豎向振幅

圖4給出了合福鐵路銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋（90＋240＋630＋240＋90）m鋼桁梁斜拉橋630 m主跨在CRH2C動(dòng)車組列車單線運(yùn)行時(shí)的跨中主桁下弦桿豎向振幅與行車速度關(guān)系圖［6］。從圖中可以看出，梁體跨中豎向振幅隨著行車速度的提高而增大。

對(duì)于大跨度斜拉橋，由于線路等級(jí)、跨度等的差異，不同橋梁實(shí)測(cè)梁體跨中豎向振幅差別較大，運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意保存首次運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)的本橋試驗(yàn)中對(duì)比分析。

圖4 銅陵長(zhǎng)江大橋鋼桁梁斜拉橋630m跨跨中主桁下弦桿豎向振幅與行車速度關(guān)系圖

斜拉橋豎向振幅宜選用速度型傳感器通過積分轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)量，傳感器的頻響下限應(yīng)能涵蓋梁體1階豎向自振頻率。傳感器布置時(shí)，通常需要在斜拉橋各跨橫斷面靠近行車側(cè)跨中主桁下弦桿安裝傳感器，必要時(shí)，在各跨跨中多片主桁下弦桿均安裝傳感器。斜拉橋豎向振幅所關(guān)注的信號(hào)最高頻率一般不大于50 Hz，測(cè)試時(shí)，采樣頻率不宜低于300 Hz。

（2）動(dòng)力系數(shù)

橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系數(shù)一般從動(dòng)撓度、動(dòng)應(yīng)變實(shí)測(cè)波形分析計(jì)算獲得。受測(cè)試條件限制，斜拉橋一般僅測(cè)試應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)。CRH動(dòng)車組列車單線運(yùn)行時(shí)，我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋跨中主桁下弦桿、斜桿和端橫梁實(shí)測(cè)應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)最大值見表8。從表中可以看出，承受局部活載的桿件動(dòng)力系數(shù)實(shí)測(cè)值大于整體受力桿件動(dòng)力系數(shù)實(shí)測(cè)值；由于線路等級(jí)等方面的差異，動(dòng)力系數(shù)實(shí)測(cè)值差別較大。運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意保存首次運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)的本橋試驗(yàn)中對(duì)比分析。

斜拉橋桿件應(yīng)變可采用應(yīng)變片測(cè)試。應(yīng)變片的安裝方向應(yīng)與所需測(cè)試的桿件受力方向一致，通常需要在斜拉橋靠近行車側(cè)跨中主桁下弦桿、斜桿和端橫梁等位置粘貼應(yīng)變片，并采取有效的應(yīng)變片防水、防潮、防塵措施，同時(shí)應(yīng)將采集設(shè)備正確可靠接地以消除橋上50 Hz的工頻干擾，采樣頻率不宜低于100 Hz。

表8 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)最大值［2-6］

（3）豎向振動(dòng)加速度

歐盟的研究表明，列車通過時(shí)，有砟橋面20 Hz以內(nèi)的豎向振動(dòng)加速度在0.35g及以下時(shí)，可保證橋上道床的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［7］引用歐盟的研究成果作為跨度96 m及以下的混凝土梁豎向振動(dòng)加速度限值。對(duì)于大跨度斜拉橋，通常參考文獻(xiàn)［7］，對(duì)豎向振動(dòng)加速度進(jìn)行20 Hz低通濾波。圖5給出了合福鐵路銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋（90＋240＋630＋240＋90）m鋼桁梁斜拉橋630 m主跨在CRH2C動(dòng)車組列車單線運(yùn)行時(shí)的跨中主桁下弦桿豎向振動(dòng)加速度與行車速度關(guān)系圖［6］。從圖中可以看出，梁體跨中豎向振動(dòng)加速度與行車速度的關(guān)系不明顯。

圖5 銅陵長(zhǎng)江大橋鋼桁梁斜拉橋630m跨跨中主桁下弦桿豎向振動(dòng)加速度與行車速度關(guān)系圖

對(duì)于大跨度斜拉橋，由于線路等級(jí)、跨度等的差異，不同橋梁實(shí)測(cè)梁體跨中豎向振動(dòng)加速度差別較大，運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意保存首次運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)的本橋試驗(yàn)中對(duì)比分析。

斜拉橋豎向振動(dòng)加速度宜選用加速度型傳感器直接測(cè)量，傳感器的頻響下限應(yīng)能涵蓋梁體1階豎向自振頻率。傳感器布置時(shí)，通常需要在斜拉橋各跨橫斷面靠近行車側(cè)跨中主桁下弦桿安裝傳感器，必要時(shí)，在各跨跨中多片主桁下弦桿均安裝傳感器。測(cè)試時(shí)，采樣頻率不宜低于300 Hz。

（4）端橫梁動(dòng)撓度

端橫梁的撓度過大，列車在進(jìn)入或離開時(shí)，會(huì)在梁體部位產(chǎn)生錯(cuò)位，影響乘坐舒適性。日本《鐵路結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及解釋——變位限制》規(guī)定新干線鐵路端橫梁的拼接縱梁位置處的撓度限值為2 mm。CRH動(dòng)車組列車單線運(yùn)行時(shí)，我國(guó)部分高速鐵路大跨度斜拉橋端橫梁動(dòng)撓度的實(shí)測(cè)值見表9。從表9中可以看出，實(shí)測(cè)值均小于日本規(guī)范規(guī)定的2 mm限值。按97.5%的保證率對(duì)端橫梁動(dòng)撓度的實(shí)測(cè)值進(jìn)行推斷得到端橫梁動(dòng)撓度的上限值0.5 mm，可作為主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋在單線CRH動(dòng)車組列車運(yùn)行時(shí)端橫梁動(dòng)撓度實(shí)測(cè)值的參考值。

斜拉橋端橫梁動(dòng)撓度可采用位移計(jì)法測(cè)試。位移計(jì)指針應(yīng)與測(cè)試橋梁變形方向一致。斜拉橋端橫梁豎向動(dòng)撓度測(cè)點(diǎn)宜布置在行車側(cè)內(nèi)側(cè)鋼軌處下方。測(cè)試時(shí)，采樣頻率不宜低于100 Hz。

表9 高速鐵路斜拉橋?qū)崪y(cè)端橫梁動(dòng)撓度［2-6］

2.3.2 橫向動(dòng)力響應(yīng)

（1）梁體橫向振幅

圖6給出了合福鐵路銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋（90＋240＋630＋240＋90）m鋼桁梁斜拉橋630 m主跨在CRH2C動(dòng)車組列車單線運(yùn)行時(shí)的跨中主桁下弦桿橫向振幅與行車速度關(guān)系圖［6］。從圖中可以看出，梁體跨中橫向振幅與行車速度的關(guān)系不明顯。

圖6 銅陵長(zhǎng)江大橋鋼桁梁斜拉橋630m跨跨中主桁下弦桿橫向振幅與行車速度關(guān)系圖

對(duì)于大跨度斜拉橋，由于線路等級(jí)、跨度等差異，不同橋梁實(shí)測(cè)梁體跨中橫向振幅差別較大，運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意保存首次運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)的本橋試驗(yàn)中對(duì)比分析。

斜拉橋橫向振幅宜選用速度型傳感器通過積分轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)量，傳感器的頻響下限應(yīng)能涵蓋梁體1階橫向自振頻率。傳感器布置時(shí)，通常需要在斜拉橋各跨橫斷面靠近行車側(cè)跨中主桁下弦桿安裝傳感器，必要時(shí)，在各跨跨中多片主桁下弦桿均安裝傳感器。斜拉橋橫向振幅所關(guān)注的信號(hào)最高頻率一般不大于50 Hz，測(cè)試時(shí)，采樣頻率不宜低于300 Hz。

（2）橋墩橫向振幅

高速鐵路斜拉橋橋墩多采用圓端型橋墩，由于主桁橫寬較大，部分斜拉橋橋墩墩身橫向?qū)挾却笥跇蚨杖?，如武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋5＃墩墩身橫向?qū)挾葹?4 m，橋墩全高僅28.8 m，橋墩橫向剛度大于斜拉橋主桁的橫向剛度，單線CRH380A動(dòng)車組列車作用下，實(shí)測(cè)武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋5＃墩橫向振幅最大值僅為0.02 mm［3］，橋墩橫向振幅非斜拉橋橫向動(dòng)力響應(yīng)的控制因素。

運(yùn)營(yíng)性能測(cè)試時(shí)，對(duì)于斜拉橋橋墩橫向振幅可根據(jù)需要選測(cè)。橋墩橫向振幅的測(cè)試與梁體橫向振幅測(cè)試類似，傳感器宜布置在橋墩墩頂橫截面中心位置處，采樣頻率一般不宜低于300 Hz。

2.4 動(dòng)車組列車通過橋梁的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性

2.4.1 穩(wěn)定性

如前所述，穩(wěn)定性指標(biāo)包括輪重減載率ΔP／ˉP、脫軌系數(shù)Q／P、輪軸橫向力H。我國(guó)TB 10761—2013《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)［20］，見表10。

穩(wěn)定性指標(biāo)通常需要對(duì)動(dòng)車組列車換裝測(cè)力輪對(duì)進(jìn)行測(cè)試，大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定中建議采用綜合檢測(cè)列車進(jìn)行試驗(yàn)，以更方便的開展車輛動(dòng)力學(xué)測(cè)試。

表10 穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2.4.2 平穩(wěn)性

我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)速度一般為200 km／h及以上，文獻(xiàn)［20］規(guī)定250 km／h高速鐵路橋梁當(dāng)橋長(zhǎng)大于1 250 m時(shí)，動(dòng)車組列車通過橋梁區(qū)段時(shí)，車輛動(dòng)力學(xué)測(cè)試得到的平穩(wěn)性指標(biāo)應(yīng)達(dá)到表11中“良好”及以上標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)橋長(zhǎng)不大于1 250 m時(shí)，動(dòng)車組列車通過橋梁區(qū)段時(shí)的車體垂向加速度（20 Hz低通）不應(yīng)大于1.0 m／s2，車體橫向加速度（10 Hz低通）不應(yīng)大于0.6 m／s2。

表11 平穩(wěn)性指標(biāo)（W）評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

平穩(wěn)性指標(biāo)通常需要在動(dòng)車組列車車體安裝加速度傳感器進(jìn)行測(cè)試，大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定中建議采用綜合檢測(cè)列車進(jìn)行試驗(yàn)，以更方便的開展車輛平穩(wěn)性測(cè)試。

3 結(jié)論

本文基于近年來我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋動(dòng)力性能測(cè)試實(shí)踐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定技術(shù)：

（1）提出了高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能評(píng)定的主要技術(shù)參數(shù)。

（2）分析提出了梁體自振頻率參考值，對(duì)于主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋，梁體1階豎向自振頻率參考值建議采用190／L；梁體1階橫向自振頻率建議采用1.3（L／B）－0.6，L為主跨跨度，B為主桁寬度。

（3）分析提出了梁體豎剛度參考值，對(duì)于主跨跨度在430～630 m范圍內(nèi)的大跨度斜拉橋，主跨跨中撓跨比參考值建議采用1／800；考慮ZK活載設(shè)計(jì)時(shí)，斜拉橋梁端豎向轉(zhuǎn)角的參考值建議采用1.0‰，僅采用中-活載設(shè)計(jì)時(shí)，梁端豎向轉(zhuǎn)角的參考值建議采用1.5‰。

（4）建議保存首次運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)的本橋試驗(yàn)中對(duì)比分析。

（5）給出了不同檢定參數(shù)的測(cè)試方法建議。

研究成果為試驗(yàn)人員開展高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能檢定工作提供了技術(shù)支撐，但我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋數(shù)量相對(duì)較少，其運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步積累，以形成適合于我國(guó)高速鐵路大跨度斜拉橋運(yùn)營(yíng)性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，更好的指導(dǎo)高速鐵路大跨度斜拉橋的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

［1］中國(guó)鐵路總公司.TG／GW 209—2014高速鐵路運(yùn)營(yíng)性能檢定規(guī)定（試行）［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

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［5］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.寧安鐵路動(dòng)態(tài)檢測(cè)報(bào)告［R］.北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2015.

［6］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.合福鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)總報(bào)告［R］.北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2015.

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