高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法及桥梁与流程

本发明涉及高墩大跨混凝土桥梁
技术领域：
，特别涉及一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法及桥梁。
背景技术：
：现国是一个多山区的国家，山区面积约占国土面积的2/3，山区高速铁路桥梁所处环境地质复杂，地形变化多端，其地面高差大，变化频繁，横坡较陡。在该区域修建铁路时，线路将不可避免地跨越深沟深谷，需要修建大量的高墩大跨桥梁，桥墩作为桥梁结构的重要组成部分，必须保证桥梁整体结构的安全、舒适、耐久和良好的动力性能。铁路高墩大跨桥梁的刚度控制是一个复杂的问题，铁路桥梁特别是高墩大跨桥的刚度较弱，其刚度控制与桥梁结构的安全性、无缝线路的稳定性、行车的安全性、平稳性和舒适性均有较大关系。因此，必须要求桥梁具有一定的刚度，才能保证列车行车安全性与旅客乘车舒适性的要求，同时保证桥梁结构的安全性和铁道线路的稳定。刚度控制包括横向刚度控制和纵向刚度控制，当列车运行速度较小时，桥梁的横向振幅不大，但随着列车速度的提高和修建高速铁路，列车引起的桥梁横向振动问题也越来越引起重视。保证桥墩横向刚度大于其刚度限值，一方面要限制列车横向振动幅度(保证列车不会发生倾覆、旅客乘车不会产生不适)；另一方面要限制桥梁横向振动(保证桥梁不会因振动产生疲劳而减少使用寿命)，所以，如何有效地控制桥梁横向振动和横向刚度成为了保证桥梁安全及列车行驶平稳、舒适的关键。本发明中所指的高墩大跨混凝土连续刚构桥是指桥墩高度100m以上，主跨跨度100m以上的混凝土连续刚构桥。现有技术中，桥梁的横向刚度通常采用梁体的横向自振频率和梁体的水平挠度进行控制，《铁路桥涵设计基本规范》(tb10002.1-2005)5.1.3条规定了不同结构类型桥梁的横向自振频率f应满足的容许值的要求，见表一所示。在列车摇摆力、离心力和风力的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于计算跨度1/4000，对温度变形的敏感结构，尚应根据实际情况考虑温度作用的影响。表一不同结构类型桥梁的横向自振频率f容许值结构类型适用跨度l(m)横向自振频率f容许值(hz)上承式钢板梁24～40＞60/l0.8下承式钢板梁24～32＞55/l0.8半穿式钢桁梁40～48＞60/l0.8下穿式钢桁梁48～80＞65/l0.8预应力混凝土梁24～40＞55/l0.8同时，该规范5.1.4条还规定，钢梁的横向刚度除满足第5.1.3条外，梁的宽跨比(宽度为主桁或主梁的中心距)：下承式简支和连续桁梁边跨不应小于1/20；连续桁梁除边跨外其余各跨不应小于1/25；简支板梁其宽跨比不应小于1/15，横向宽度不应小于2.2m。此外，《高速铁路规范》和《高速铁路设计规范》对桥梁的横向刚度相关参数也进行了规定。但这些规定只针对桥墩高度在50m(甚至30m)、跨度在100m以下的桥梁，对高墩大跨桥梁是不适用的。在以往设计的普通铁路、客运专线、准高速线等铁路在运营时都出现过列车过桥时横向振幅过大导致危险情况发生的问题，由于桥梁建成后，列车横向晃动剧烈，因此对横向刚度较弱的桥墩进行了加固处理，有些线路在运营初期此种现象不明显，随着列车运行时间的累积横向刚度问题越来越突出，这会导致桥梁结构的损坏，同时危及列车行车的安全性、稳定性和舒适性。混凝土桥梁包括混凝土连续刚构桥和混凝土刚构桥，混凝土连续梁桥的墩梁之间为支座支撑连接，而连续刚构桥的墩梁为刚性连接，混凝土连续刚构桥与混凝土刚构桥在横向刚度控制上存在差异。技术实现要素：本发明的目的在于：针对现有技术中在修建高墩大跨度混凝土连续桥梁时，由于无法控制连续刚构桥的横向刚度，只能根据经验确定导致连续刚构桥的横向刚度可能存在不足进而影响桥梁安全、行车安全及稳定舒适的问题，提供一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法及桥梁，该控制方法通过改变桥墩的横向线刚度，得到不同桥墩横向线刚度和对应的车-线-桥耦合动力响应值的曲线图，并选择满足要求的车-线-桥耦合动力响应值下的横向刚度，得到刚度限值，进而根据刚度限值得到桥梁设计参数，使连续刚构桥的刚度得到控制，保证桥梁在使用过程中的结构安全性，及列车行驶时的安全性、稳定性及舒适性要求。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法，包括以下步骤：a、确定连续刚构桥跨度及桥墩墩高；b、建立车-线-桥耦合动力分析模型，进行时域分析，得到列车、线路和桥梁子系统的动力响应值；c、比较并绘制桥墩横向线刚度与对应的车-线-桥耦合动力响应值的影响曲线；d、取满足规范要求的车-线-桥耦合动力响应值，从而得到连续刚构桥的横向刚度限值；e、确定连续刚构桥的设计参数，使桥梁横向刚度满足步骤d中得到的横向刚度限值要求。在修建高墩大跨混凝土连续刚构桥时，由于其地理条件的限制，通常其连续刚构桥的跨度和桥墩墩高是大致确定的，通过在既定桥梁跨度和墩高的情况下改变桥墩的横向线刚度，得到在不同线刚度下对应的车-线-桥耦合动力响应值，由于桥梁的刚度最终直接影响到桥梁结构的安全性、列车行驶的安全性、列车行驶的稳定性和乘客的舒适性，而这些安全性、稳定性和舒适性最终可以通过车-线-桥耦合动力响应值的指标来进行量化和控制，采取这种方式，将连续刚构桥的刚度控制进行转换控制，从而使连续刚构桥的刚度得到控制，保证桥梁在使用过程中的结构安全性，及列车行驶时的安全性、稳定性及舒适性要求。优选的，所述步骤d中，规范要求的车-线-桥耦合动力响应值包括满足桥梁结构安全性的桥梁评价指标，及满足车辆行驶安全性、平稳性和舒适性的车辆评价指标。在轨道不平顺及外在激励(如风荷载等)作用下，轨道车辆通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适度，因此，通过相应的指标来评判车辆和桥梁的振动性能。当车-线-桥耦合动力响应值满足对应的规定限值时，桥梁结构处于安全状态，同时车辆行驶也处于安全、平稳和舒适状态，此时，横向刚度得到控制，满足实际使用情况。桥梁评价指标和车辆评价指标的规定限值如表二所示，在控制连续刚构桥的横向刚度时，通过控制表二中的指标使刚度得以有效控制。由于车辆在桥梁上时，二者处于一个耦合的同一系统中，相互之间会发生影响，因此，在控制连续刚构桥的刚度时，需要同时满足桥梁评价指标和车辆评价指标。桥梁评价指标包括横向挠跨比、横向加速度和单侧两端的水平折角，而车辆评价指标主要涉及安全性和舒适性两个方面，安全性上的指标包括脱轨系数、轮重减载率、横向水平力和倾覆系数，舒适性上的指标包括横向加速度和横向sperling指标。表二桥梁评价指标和车辆评价指标的规定限值优选的，所述桥梁评价指标是在车辆横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下的指标。由于车辆横向摇摆力、离心力、风力和温度对连续刚构桥梁体的水平挠度影响较大，而梁体的水平挠度是刚度控制的一个重要体现，在评价桥梁结构安全性时，需考虑这些与影响因素。优选的，所述步骤b中，包括下述步骤：b1、建立车-线-桥耦合动力分析模型，包括车辆模型、轨道模型和连续刚构桥模型；b2、计算在轮轨弹性变形和轮轨瞬时脱离的情况下的轮轨法向力和轮轨蠕滑力；b3、采用时域方法和分离子系统法得到车-线-桥系统动力响应值；b4、以轨道不平顺时域样本作为系统的激励，得到在不同车速、不同车型和不同桥墩刚度下列车、线路和桥梁子系统的动力响应值。建立高速铁路四轴车辆模型，将车辆视为包含一个车体、两个转向架和四个轮对的多刚体系统，每个刚体均考虑横向、垂向、侧滚、摇头和点头等自由度，共35个自由度，同时考虑了车辆悬挂系统的各种非线性因素；建立桥上轨道动力学模型，钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长euler梁，轨枕及离散后的道床视为刚性质量块；采用有限元法建立桥梁的动力学模型，根据桥梁的特点分别采用杆单元、梁单元、板单元模型，基础刚度采用弹簧单元模拟，二期恒载采用质量单元模拟。充分考虑轮轨弹性变形和轮轨瞬时脱离的情形，采用动态轮轨关系，计算轮轨法向力和轮轨蠕滑力，轮轨法向力计算采用hertz非线性弹性接触理论，轮轨蠕滑力首先采用kalker线性蠕滑理论计算，再按沈氏理论进行非线性修正。对于列车－线路－桥梁系统，由于轮轨接触几何、轮轨接触力、悬挂系统的非线性特性，并且列车在桥梁上的位置随时间变化而表现出的时变性，采用时域方法进行求解。根据系统特点，采用分离子系统法将整个系统分为车辆子系统、轨道子系统和桥梁子系统，分别建立其运动方程，各子系统间通过几何关系和和相互作用力相联系，采用显式－隐式混合积分法求解系统动力响应。以轨道不平顺时域样本作为系统的主要激励，调整车型、车型及桥墩刚度，并对不同车速、不同车型、不同桥墩刚度下的车线桥系统动力响应进行时域仿真分析，得到列车、线路和桥梁子系统的动力响应值。得到各因素对系统响应的影响规律，根据桥梁动力评价指标、列车的安全性指标和平稳性指标对高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度进行分析，得到其横向刚度限值，为连续刚构桥的设计提供参考及设计依据。为了得到连续刚构桥的横向线刚度与车-线-桥耦合动力响应值的对应关系，通过调整连续刚构桥模型的地基刚度获得不同的桥墩墩顶的横向线刚度，并得到在多个横向线刚度下的车-线-桥耦合动力响应值，从而得到刚度与动力响应值的对应关系及影响规律，同时，针对桥梁在实际使用过程中，列车的速度在某一区间范围了，为了保证在不同速度下列车的行驶安全，通过调整列车的行驶速度，得到在多个速度下的车-线-桥耦合动力响应值，从而得到速度与动力响应值的对应关系及影响规律，保证桥梁的横向刚度在所有速度下均满足使用要求。优选的，所述步骤b3中，调整车辆模型的行驶速度时，包括250km/h、300km/h和350km/h三种速度。随着列车运行速度的提升，调整车辆模型的行驶速度为这三种速度，能满足列车的实际行驶需求，使列车在高速运行条件下，其横向刚度仍然满足安全性、平稳性和舒适性要求。优选的，所述车-线-桥耦合动力响应值包括车辆横向振动加速度、车辆横向舒适度和桥梁桥面处两端水平折角。车辆横向振动加速度和车辆横向舒适度直接反映车辆运行的安全性、平稳性和舒适性，是横向刚度控制的重要目标指标，通过车辆横向振动加速度和车辆横向舒适度来评价桥梁刚度，对桥梁横向刚度进行限定，从而得到满足车辆行驶的连续刚构桥横向刚度限值，桥梁桥面处两端水平折角的大小则直接反映连续两条在横向方向的变形情况，与桥梁的横向刚度直接相关，通过评价桥梁桥面处两端水平折角的大小，使桥梁横向刚度得到控制。优选的，在所述步骤e后还包括步骤f，所述步骤f：连续刚构桥按设计参数建成后，采用验证方法对桥梁横向刚度进行验证，所述验证方法包括成桥静动载试验和行车测试。现有的一些桥梁建成后，随着列车运行时间的累积，横向刚度问题越来越突出，采取上述方式，通过成桥静动载试验和行车测试对桥梁验证，使桥梁在后期使用中不会发生列车过桥时横向振幅超限的情况。对应地，本发明还提供高墩大跨混凝土连续刚构桥，根据上述所述的横向刚度控制方法得到的高墩大跨混凝土连续刚构桥，该连续刚构桥的横向刚度限值与其跨度和墩高对应。具体地，其跨度、墩高和横向刚度限值的对应关系满足下表三。表三连续刚构桥的跨度、墩高和横向刚度限值对应表对连续刚构桥的跨度和墩高在满足上表所列的跨度及墩高范围内，其横向刚度值满足上述所列限值时，能保证车辆和桥梁的动力响应值在控制范围内，从而满足桥梁使用的结构安全性，并使列车安全、平稳、舒适运行。修建桥梁时，根据上表提供的刚度限值范围，直接得到连续刚构桥在建造过程中的横向刚度的设计限值，使得桥梁建设单位在建造桥梁过程中，能直接参考使用该桥梁横向刚度限值范围，节省了大量人力物力财力，缩短了建设周期。优选的，当桥梁跨度和桥墩高度在上表所列值的附近值时，其横向刚度限值参照表中限值执行。采取上述方式，使连续刚构桥在各个跨度及墩高条件下均能得到对应的横向刚度限值，从而使桥梁不仅能满足使用安全，使列车在运行过程中保证安全、平稳、舒适，而且能最大程度地节省建设材料，从而降低建造桥梁的成本，使效益最大化。与现有技术相比，本发明的有益效果：1、由于混凝土连续刚构桥的墩梁为刚性连接，钢轨铺设在此种结构下的墩梁上，并与墩梁连接，通过建立车-线-桥耦合动力分析模型，采用系统工程的思想，将列车、轨道及桥梁作为一个相互作用的总体大系统，相互间通过轮轨耦合关系和桥轨作用关系有机联结，并分析得到列车通过不同刚度桥梁过程中桥梁的动力性能以及桥上列车运行安全性与乘车舒适性，得到桥梁的横向刚度限值，从而使连续刚构桥的横向刚度得到量化和控制，保证桥梁在使用过程中的结构安全性，及列车行驶时的安全性、稳定性及舒适性要求；2、车辆横向振动加速度和车辆横向舒适度直接反映车辆运行的安全性、平稳性和舒适性，是横向刚度控制的重要目标指标，而桥梁桥面处两端水平折角的大小则直接反映连续两条在横向方向的变形情况，通过将车-线-桥耦合动力响应值设为包含这三个指标，从而确定满足这三个评判指标的横向刚度限值，使桥梁的横向刚度得到控制；3、对不同车速、不同桥墩刚度下的车线桥系统动力响应进行时域仿真分析，得到列车、线路和桥梁子系统的动力响应值，探讨各因素对系统响应的影响规律，根据桥梁动力评价指标、列车的安全性指标和平稳性指标对高墩合理横向刚度进行研究，为实际建造的桥梁满足使用要求提供保证；4、通过提供不同跨度、不同墩高的连续刚构桥的横向刚度限值，在设计建造桥梁时，选用提供的横向刚度限值，从而降低桥梁设计周期和成本，使连续刚构桥在满足安全性、舒适性的条件下，能最大程度节约建设材料，降低工程建设成本。附图说明：图1为跨度(60+100+60)m墩高100m的连续刚构梁上动车横向加速度随线刚度变化的曲线图。图2为跨度(60+100+60)m墩高100m的连续刚构梁上动车横向舒适度指标随线刚度变化的曲线图。图3为跨度(48+5×80+48)m墩高60m的连续刚构梁上动车横向加速度随线刚度变化的曲线图。图4为跨度(48+5×80+48)m墩高60m的连续刚构梁上动车横向舒适度随线刚度变化的曲线图。图5为跨度(48+5×80+48)m墩高80m的连续刚构梁上动车横向加速度随线刚度变化的曲线图。图6为跨度(48+5×80+48)m墩高80m的连续刚构梁上动车横向舒适度随线刚度变化的曲线图。图7为跨度(48+5×80+48)m墩高100m的连续刚构梁上动车横向加速度随线刚度变化的曲线图。图8为跨度(48+5×80+48)m墩高100m的连续刚构梁上动车横向舒适度随线刚度变化的曲线图。图9为高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法的步骤流程图。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1如图9所示，高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法，包括以下步骤：a、确定连续刚构桥跨度及桥墩墩高；b、建立车-线-桥耦合动力分析模型，进行时域分析，得到列车、线路和桥梁子系统的动力响应值；c、比较并绘制桥墩横向线刚度与对应的车-线-桥耦合动力响应值的影响曲线；d、取步骤c中得到的车-线-桥耦合动力响应值分别满足对应的规范要求值，从而得到连续刚构桥的横向刚度限值，车-线-桥耦合动力响应值的规定限值包括满足桥梁结构安全性的桥梁评价指标，及满足车辆行驶安全性、平稳性和舒适性的车辆评价指，；e、确定连续刚构桥的设计参数，使桥梁横向刚度满足步骤d中得到的横向刚度限值要求。桥梁动力响应值：当列车通过桥梁时，梁体过大的振动会使桥上线路失稳，影响列车运行安全，因此对桥梁的变形和振动加速度需要限制。列车动力响应方面设计车辆安全性指标和车辆舒适性指标，在安全性指标方面，脱轨系数与轮重减载率是评价列车运行安全性的重要指标，当某一侧车轮的轮重减少量过大时，同时受到横向力及力矩共同作用，车辆可能因为减载率过大导致脱轨，因此，必须对轮重减载率量值加以限制；在舒适性指标方面，列车行驶于直线上时，车体的竖向、横向振动加速度是导致人体不舒适的主要因素。车体竖向、横向振动加速度及sperling参数是评价乘坐舒适性的重要指标。线路子系统方面，主要通过分析计算线路与梁轨的几何关系和相互作用力，得到桥梁动力响应值和车辆动力响应值方面的指标。在轨道不平顺及外在激励(如风荷载等)作用下，轨道车辆通过桥梁时，车辆和桥梁都会发生振动，过大的振动会影响行车安全性及乘坐舒适度，因此，通过相应的指标来评判车辆和桥梁的振动性能。当车-线-桥耦合动力响应值满足对应的规定限值时，桥梁结构处于安全状态，同时车辆行驶也处于安全、平稳和舒适状态，此时，横向刚度得到控制，满足实际使用情况。桥梁评价指标和车辆评价指标的规定限值满足以下条件：脱轨系数：q/p≤0.8；轮重减载率：δp/p≤0.60；列车运行安全性指标轮对横向水平力应小于80kn；容许倾覆系数：d≤0.8；车体横向振动加速度：ay≤1.0m/s2；乘坐舒适度的指标有sperling指标，具体标准参考我国铁道部标准tb/t-2360-93和国家标准gb5599-85对舒适度等级的划分。通过上述指标范围值使刚度得以有效控制。由于车辆在桥梁上行驶时，通过铺设在桥梁上的轨道，使车辆、线路和桥梁三者处于一个耦合系统中，相互之间会发生影响，因此，在控制连续刚构桥的刚度时，需要同时满足桥梁评价指标和车辆评价指标，轮轨之间的相互作用与梁轨之间的相互关系，也直接反映到桥梁评价指标和车辆评价指标上。桥梁评价指标包括横向挠跨比、横向加速度和单侧两端的水平折角，而车辆评价指标主要涉及安全性和舒适性两个方面，安全性上的指标包括脱轨系数、轮重减载率、横向水平力和倾覆系数，舒适性上的指标包括横向加速度和横向sperling指标。得到连续刚构桥的横向刚度限值后，就可以确定桥梁的相关设计参数，包括确定桥面参数(横坡、纵坡)、桥轴平面线型、梁体结构、混凝土、墩台基础、墩身结构等方面的设计参数使桥梁横向刚度满足上述方法得到的横向刚度限值。作为其中的一种实施方式，桥梁评价指标是在车辆横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下的指标，由于车辆横向摇摆力、离心力、风力和温度对连续刚构桥梁体的水平挠度影响较大，而梁体的水平挠度是刚度控制的一个重要体现，在评价桥梁结构安全性时，需考虑这些与影响因素。作为其中一种优选的实施方式，步骤b具体包括下述步骤：b1建立车-线-桥耦合动力分析模型，包括车辆模型、轨道模型和连续刚构桥模型；b2、计算在轮轨弹性变形和轮轨瞬时脱离的情况下的轮轨法向力和轮轨蠕滑力；b3、采用时域方法和分离子系统法得到车-线-桥系统动力响应值；b4、以轨道不平顺时域样本作为系统的激励，得到在不同车速、不同车型和不同桥墩刚度下列车、线路和桥梁子系统的动力响应值。在调整桥墩墩顶的横向线刚度时，通过调整连续刚构桥模型的地基刚度得到不同的桥墩墩顶的横向线刚度，从而得到在不同的墩顶横向线刚度下的车-线-桥耦合动力响应值。调整车辆模型的行驶速度时，分别取车辆行驶速度分别为250km/h、300km/h和350km/h。目前，由于有限元方法的大力发展和成熟应用，在高墩大跨混凝土连续刚构桥的仿真模型中可根据得到的横向刚度值确定桥梁墩身结构和梁体形式，建立精确的桥梁有限元模型，同时建立轨道线路和列车模型，并将其作为一个耦合动力体系，三者之间的相互作用计算分析仍基于普通桥上无缝线路的线桥墩一体化计算理论，采用有限单元法进行数值求解。建立比较完善的高速铁路四轴车辆模型，将车辆视为包含一个车体、两个转向架和四个轮对的多刚体系统，每个刚体均考虑横向、垂向、侧滚、摇头、点头自由度，共35个自由度，同时考虑了车辆悬挂系统的各种非线性因素；建立桥上轨道动力学模型，钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长euler梁，轨枕及离散后的道床视为刚性质量块；采用有限元法建立桥梁的动力学模型，根据桥梁的特点分别采用杆单元、梁单元、板单元模型，基础刚度采用弹簧单元模拟，二期恒载采用质量单元模拟。采用新型的动态轮轨关系，充分考虑轮轨弹性变形和轮轨瞬时脱离的情形。轮轨法向力计算采用hertz非线性弹性接触理论，轮轨蠕滑力首先采用kalker线性蠕滑理论计算，再按沈氏理论进行非线性修正。对于列车－线路－桥梁系统，由于轮轨接触几何、轮轨接触力、悬挂系统的非线性特性，并且列车在桥梁上的位置随时间变化而表现出的时变性，采用时域方法进行求解。根据系统特点，采用分离子系统法将整个系统分为车辆子系统、轨轨道子系统和桥梁子系统，分别建立其运动方程，各子系统间通过几何关系和和相互作用力相联系，采用显式－隐式混合积分法求解系统动力响应。以轨道不平顺时域样本作为系统的主要激励，对不同车速、不同车型、不同桥墩刚度下的车线桥系统动力响应进行时域仿真分析，得到列车、线路和桥梁子系统的动力响应值，探讨各因素对系统响应的影响规律，根据桥梁动力评价指标、列车的安全性指标和平稳性指标对高墩合理横向刚度进行研究，为实际建造的桥梁满足使用要求提供保证。为了得到连续刚构桥的横向线刚度与车-线-桥耦合动力响应值的对应关系，通过调整连续刚构桥模型的地基刚度获得不同的桥墩墩顶的横向线刚度，并得到在多个横向线刚度下的车-线-桥耦合动力响应值，从而得到刚度与动力响应值的对应关系及影响规律，同时，针对桥梁在实际使用过程中，列车的速度在某一区间范围了，为了保证在不同速度下列车的行驶安全，通过调整列车的行驶速度，得到在多个速度下的车-线-桥耦合动力响应值，从而得到速度与动力响应值的对应关系及影响规律，保证桥梁的横向刚度在所有速度下均满足使用要求。作为其中一种优选的实施方式，用于评判连续刚构桥的横向刚度的车-线-桥耦合动力响应值包括车辆横向振动加速度、车辆横向舒适度和桥梁桥面处两端水平折角。车辆横向振动加速度和车辆横向舒适度直接反映车辆运行的安全性、平稳性和舒适性，是横向刚度控制的重要目标指标，通过车辆横向振动加速度和车辆横向舒适度来评价桥梁刚度，对桥梁横向刚度进行限定，从而得到满足车辆行驶的连续刚构桥横向刚度限值，桥梁桥面处两端水平折角的大小则直接反映连续两条在横向方向的变形情况，与桥梁的横向刚度直接相关，通过评价桥梁桥面处两端水平折角的大小，使桥梁横向刚度得到控制。作为其中一种实施方式，连续刚构桥按设计参数建成后，采用验证方法对桥梁横向刚度进行验证，所述验证方法包括成桥静动载试验和行车测试，现有的一些桥梁建成后，随着列车运行时间的累积，横向刚度问题越来越突出，采取上述方式，通过成桥静动载试验和行车测试对桥梁验证，使桥梁在后期使用中不会发生列车过桥时横向振幅超限的情况。本实施例中通过改变桥墩的横向线刚度，得到在不同线刚度下对应的车-线-桥耦合动力响应值，由于桥梁的刚度最终直接影响到桥梁结构的安全性、列车行驶的安全性、列车行驶的稳定性和乘客的舒适性，而这些安全性、稳定性和舒适性最终可以通过车-线-桥耦合动力响应值的指标来进行量化和控制，采取这种方式，将连续刚构桥的刚度控制进行转换控制，从而使连续刚构桥的刚度得到控制，保证桥梁在使用过程中的结构安全性，及列车行驶时的安全性、稳定性及舒适性要求。实施例2本实施例中，采取实施例1中的高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法，对跨度为(60+100+60)m，桥墩墩高为100m的连续刚构桥进行横向刚度控制。为了分析连续刚构桥的横向刚度限值，根据车-线-桥耦合振动理论，运用桥梁结构动力分析程序bdap，采用空间有限元方法分别建立了墩高为100m、跨度为(60+100+60)m的典型山区高墩桥梁全桥动力分析模型，车辆模型采用德国ice3高速列车，通过调整模型的地基刚度来获得不同的墩顶横向线刚度工况，进而分析不同桥墩横向刚度对车桥动力系统的影响，比较并绘制横向线刚度与车桥动力主要检算结果的影响曲线，提出横向刚度限值范围。分析桥墩横向墩顶线刚度对车桥系统各横向响应的影响，调整地基刚度以改变墩顶横向线刚度，将连续刚构桥计算模型分别在ice3车辆组行驶速度为250km/h、300km/h、350km/h三种速度下进行车-线-桥耦合计算。通过对比该桥在3种不同的墩顶线刚度工况下车桥系统各种响应值，可以看出，桥梁的横向响应(包括跨中横向位移和墩顶横向位移)都比较小，而车辆响应随墩顶线刚度的变化更加明显，所以将车辆横向加速度及横向舒适度指标作为桥墩墩顶线刚度的控制指标。如图1和图2绘制出了连续刚构桥的车辆横向振动加速度以及横向舒适度指标受墩顶线刚度影响曲线，由图1和图2可以看出，对跨度为(60+100+60)m，墩高为100m的连续刚构梁，当墩顶刚度限值取660kn/cm时，列车的横向振动加速度和横向舒适度指标均超过了规定限值，故横向刚度取727kn/cm。根据《高速铁路设计规范》中对墩台横向水平线刚度的规定，在zk活载、横向摇摆力、风力和温度的作用下，墩顶横向水平位移引起的桥面处梁端水平折角应不大于1.0‰弧度。为了验算连续梁在横向刚度限值是否满足规范要求，分别计算了行车速度(单位：km/h)/曲线半径(单位：m)分别为350/7000、300/5000、250/3200三种情况下离心力，并选取了最大离心力与风荷载、横向摇摆力以及温度作用荷载组合施加到有限元模型上。计算所得(60+100+60)m连续刚构墩高为100m，墩顶横向线刚度为727kn/cm时，梁端水平折角为0.861‰，小于1.0‰弧度，满足规范要求。实施例3本实施例中，采取实施例1中的高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度控制方法，对跨度为(48+5×80+48)m，桥墩墩高分别为60m、80m和100m的连续刚构桥进行横向刚度控制，得出该跨度的高墩大跨混凝土连续刚构桥的横向刚度限值。为了得到连续刚构桥的横向刚度限值，根据车-线-桥耦合振动理论，运用桥梁结构动力分析程序bdap，采用空间有限元方法建立跨度为(48+5×80+48)m，墩高分别为60m、80m和100m的典型山区高墩桥梁全桥动力分析模型，车辆模型采用德国ice3高速列车，通过调整模型的地基刚度来获得不同的墩顶横向线刚度工况，进而分析不同桥墩横向刚度对车桥动力系统的影响，比较并绘制横向线刚度与车桥动力主要检算结果的影响曲线，并使车桥动力响应值在满足规范要求的条件下，得出连续刚构桥的横向刚度限值。分析桥墩横向墩顶线刚度对车桥系统各横向响应的影响，调整地基刚度以改变墩顶横向线刚度，将连续刚构桥计算模型分别在ice3车辆组行驶速度为250km/h、300km/h、350km/h三种速度下进行车-线-桥耦合计算。通过对比该桥在3种不同的墩顶线刚度工况下车桥系统各种响应值，可以看出，桥梁的横向响应(包括跨中横向位移和墩顶横向位移)都比较小，而车辆响应随墩顶线刚度的变化更加明显，所以将车辆横向加速度及横向舒适度指标作为桥墩墩顶线刚度的控制指标。如图3和图4分别绘制出了跨度为(48+5×80+48)m，墩高为60m的连续刚构桥的车辆横向振动加速度以及横向舒适度指标受墩顶线刚度影响曲线，从图中可以看出，对跨度为(48+80+48)m，墩高为60m的连续梁，当墩顶刚度为1411kn/cm时，列车的横向振动加速度和横向舒适度指标均超过了规定限值，故出于有利于列车行车安全的考虑，刚度限值取为1504kn/cm。如图5和图6分别绘制出了跨度为(48+5×80+48)m，墩高为80m的连续刚构桥的车辆横向振动加速度以及横向舒适度指标受墩顶线刚度影响曲线，从图中可以看出，对跨度为(48+5×80+48)m，墩高为80m的连续刚构桥，当墩顶刚度为922kn/cm时，列车的横向振动加速度和横向舒适度指标均超过了规定限值，所以考虑将此情况下墩顶刚度推荐限值取1100kn/cm。如图7和图8分别绘制出了跨度为(48+5×80+48)m，墩高为100m的连续刚构桥的车辆横向振动加速度以及横向舒适度指标受墩顶线刚度影响曲线，从图中可以看出，对跨度为(48+5×80+48)m，墩高为100m的连续刚构桥，当墩顶刚度限值取639kn/cm时，列车的横向振动加速度和横向舒适度指标均超过了规定限值，故墩顶刚度推荐限值取748kn/cm。根据《高速铁路设计规范》中对墩台横向水平线刚度的规定，在zk活载、横向摇摆力、风力和温度的作用下，墩顶横向水平位移引起的桥面处梁端水平折角应不大于1.0‰弧度。为了验算连续梁在横向刚度限值是否满足规范要求，分别计算了行车速度(单位：km/h)/曲线半径(单位：m)分别为350/7000、300/5000、250/3200三种情况下离心力，并选取了最大离心力与风荷载、横向摇摆力以及温度作用荷载组合施加到有限元模型上。计算所得(48+5×80+48)m连续刚构墩高为60m，墩顶横向线刚度为1504kn/cm时，梁端水平折角为0.441‰；墩高为80m，墩顶横向线刚度为1100kn/cm时，梁端水平折角为0.604‰；墩高为100m，墩顶横向线刚度为748kn/cm时，梁端水平折角为0.888‰，均小于1.0‰弧度，满足规范要求。实施例4高墩大跨混凝土连续刚构桥，其横向刚度满足采用实施例3中所述的横向刚度控制方法得到的横向刚度限值，该高墩大跨混凝土连续刚构桥在不同的跨度和墩高条件下，其横向刚度限值满足下表四。对连续刚构桥的跨度和墩高在满足上表所列的跨度及墩高范围内，其横向刚度值满足上述所列限值时，能保证车辆和桥梁的动力响应值在控制范围内，从而满足桥梁使用的结构安全性，并使列车安全、平稳、舒适运行。修建桥梁时，根据上表提供的刚度限值范围，直接得到连续刚构桥在建造过程中的横向刚度的设计限值，使得桥梁建设单位在建造桥梁过程中，能直接参考使用该桥梁横向刚度限值范围，节省了大量人力物力财力，缩短了建设周期。表四连续刚构桥的跨度、墩高和横向刚度限值对应表进一步地，当桥梁跨度和桥墩高度在本实施例中表格所列值的附近值时，其横向刚度限值参照表中限值执行，使连续刚构桥在各个跨度及墩高条件下均能得到对应的横向刚度限值，从而使桥梁不仅能满足使用安全，使列车在运行过程中保证安全、平稳、舒适，而且能最大程度地节省建设材料，从而降低建造桥梁的成本，使效益最大化。当前第1页12